人行景观大纵坡PC连续梁力学性能

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摘要：为研究桥梁两端标高条件受限情况下人行景观大纵坡pc连续梁的力学性能，建立常规及考虑纵坡影响的桥梁结构有限元模型，在外部荷载、边界条件及有限元模型特性一致的情况下，计算并对比不同计算模型下结构内力及支反力。结果表明，考虑纵坡后，施工及正常运营阶段恒载、移动荷载作用下结构弯矩变化较小，但预应力荷载引起的弯矩变化较大，大纵坡对结构支反力的影响较小。

关键词：桥梁；人行景观桥；纵坡；PC连续梁；力学性能

随着国民经济的发展，城市景观桥梁除需满足功能需求外，还需满足人们对景观美学的要求。在城市建设中，受两厢已开发地块及拟跨越道路净高需求的影响，常规小纵坡桥梁难以满足区域标高要求。大纵坡人行景观预应力砼连续梁的建设投资较小，辅以景观造型护栏，在满足景观要求、保证工程投资经济性的同时，还能顺接两厢地块标高。CJJ11－2011《城市桥梁设计规范》对桥梁纵坡i的要求为0．3％≤i≤8％，JTGD60－2015《公路桥涵设计通用规范》要求i不大于4％。城市人行景观桥只服务于往来人群及部分非机动车，参考GB50763－2012《无障碍设计规范》，桥梁纵坡不应大于1∶12。在常规PC连续梁上部结构计算中，纵坡小于3．5％时，可按照平直桥梁进行有限元计算，其结果与考虑纵坡情况下计算的上部结构结果差距较小。但纵坡大于3．5％时，在外部荷载作用下，在变坡点位置，上部结构可能表现出拱轴效应，且由于连续梁属于超静定结构，在各类效应如预应力、温度等反复作用下，将影响结构支反力、内力。该文依托某纵坡为8％的人行景观PC连续梁，基于有限元计算，分析外部荷载作用下大纵坡对PC连续梁结构力学性能的影响。

1工程概况

某人行景观PC连续梁位于公园核心广场，跨越道路连接两侧公园，桥梁满足跨越道路车行道4．5m的净高要求设计。跨径布置为（20＋26＋15）m，中间高两端低，全桥共设置两段纵坡，均为8％，中跨纵坡交接处设置R＝100m的圆弧曲线。设计桥面宽度为6．3m，其中包含0．9m种植槽＋0．25m栏杆＋4．0m通行净宽＋0．25m栏杆＋0．9m种植槽。桥梁横向设置2％横坡，断面为整体式箱梁，墩顶梁高1．8m，跨中及边跨支点梁高1．2m，变截面采用二次抛物线渐变。桥梁平面线形为直线，与道路中心线交角为90°。下部结构采用花瓶墩、桩接盖梁式轻型桥台。预应力钢束采用1860钢绞线，通长布置，共设置6束预应力钢绞线。桥梁总体布置见图1～3。

2有限元模型

以常规无纵坡PC连续梁计算模型为比较对象，同时建立含纵坡的结构模型，有限元模型共64个节点、63个单元。荷载考虑结构自重、二期恒载、预应力荷载、整体升温、整体降温、梯度升温、梯度降温，其中预应力钢束竖弯以顶板顶缘为参考点布设，移动荷载根据CJJ11－2011《城市桥梁设计规范》计算。有限元模型见图4。

3计算结果分析

3．1施工阶段荷载作用下结构内力

为直观分析纵坡对PC连续梁结构力学性能的影响，以各跨跨中节点、L／4节点、L／8节点（L为桥梁各跨跨度）为研究对象，计算结构自重、预应力荷载一次效应（钢束张拉力对截面形心的内力引起的效应）与预应力荷载二次效应（超静定结构引起的钢束二次效应）下结构内力及支座反力，结果见图5、图6、表1。由图5、图6可知：对于三跨连续梁，施工过程中，恒载作用下纵坡对结构内力的影响较小，结构内力的差异更多地反映在钢束作用上。该桥预应力钢束采用通长布置，两端张拉，桥梁纵坡按照8％控制，预应力力臂与无纵坡桥梁有差异，造成预应力产生的弯矩不同。施工阶段钢束一次＋钢束二次效应考虑纵坡时的结构弯矩比无纵坡桥梁跨中弯矩增大1182kN•m，边跨弯矩减小439～654kN•m。由表1可知：施工过程中，纵坡对结构支反力的影响较小。

3．2正常使用极限状态下结构内力

根据JGTD60－2015《公路桥涵设计通用规范》，分别考虑频遇组合、准永久组合，对其取包络值。有无纵坡时桥梁结构内力、支反力对比见图7、图8、表2。由图7、图8可知：对于三跨连续梁，正常运营过程中，移动荷载作用下纵坡对结构内力的影响较小；相较于不考虑纵坡的计算模型，考虑纵坡时跨中内力减小，支点位置弯矩增大。由表2可知：纵坡对结构支反力的影响较小；考虑纵坡后，结构支反力分配更均衡。

3．3承载能力极限状态下结构内力

基于MIDAS／Civil后处理PSC设计功能，计算含纵坡、不含纵坡结构的承载能力，计算中采用相同的预应力钢束布置方式。图9为有无纵坡结构的承载能力极限状态内力包络图。由图9可知：承载能力极限状态下，预应力布置方式均满足规范要求；无纵坡模型承载力计算结果的安全冗余度为1．2％，考虑纵坡模型承载力计算结果的安全冗余度为9．7％，均发生在中跨跨中位置。对各荷载效应进行分析，考虑纵坡后，钢束二次效应较明显。

4结论

（1）相较于平直桥梁，桥梁结构考虑纵坡后，施工及正常运营阶段恒载、移动荷载作用下结构弯矩变化较小，预应力荷载引起的弯矩变化较大。（2）大纵坡对结构支反力的影响较小。（3）承载能力极限状态下，考虑纵坡后，钢束二次效应较明显，结构力学性能出现差异，纵坡使结构内力更均衡。

作者：任新建 单位：长沙市规划勘测设计研究院