摘 要:波纹钢腹板桥梁的作用日益突出,因动力特性颇为重要,成了研究的重点。截面形式与桥梁动力特性有着密切关系,主要对此进行了探究。首先阐述了波纹钢腹板桥梁的现状,然后利用有限元法,通过建立相关模型,对不同截面形式的影响进行了分析。
关键词:截面形式;波纹钢腹板;动力特性
引 言
随着桥梁建设行业的发展,材料及桥梁结构也在不断改进。波纹钢腹板箱梁是一种新桥梁结构,主要包括波纹钢腹板、预应力钢筋、混凝土顶板底板几部分。传统桥梁钢结构以平腹板H型钢为主,易出现局部变形的情况。而波纹钢腹板则是腹板为波纹形的H型钢,其承受能力及抗剪抗弯性更好,在当前备受关注。虽然相关研究较多,但集中于静力方面,对其动力特性研究不足,是今后研究的重点工作。动力性能与桥梁质量密切相关,受截面形式影响较大,所以有必要通过截面形式的变化来探究其动力特性。
1 波纹钢腹板桥梁的应用现状及动力特性
随着交通压力的增加,桥梁需承受更大的荷载,以往结构方式的弊端日益显露。波纹钢腹板箱梁桥迅速兴起并发展起来,与过去所采用的结构方式相比,具有诸多优势,可有效解决以前出现的问题。如自重较轻,使得下部结构承受的荷载大幅下降,从而施工更加方便,而且有利于节约成本。波纹钢腹板不抵抗轴向力,可使预应力有效地加载于混凝土翼缘板上,提高了预应力效率。因其结构受力及施工性能较好,为工程质量提供了重要保障,可带来显著的经济效益和社会效益。所以值得推广使用。
桥梁的动力特性对施工技术、施工进度以及最终质量都有着较大影响,可通过对动力特性的研究,及时掌握桥梁有关信息。因波纹钢腹板箱梁桥发展历史较短,理论和技术方面都尚不成熟,而目前关于此方面的研究也极其有限。所以有必要展开对动力特性的研究。
2 建立波纹钢腹板模型
世界上第一座波纹钢腹板式预应力混凝土结合箱梁桥建成于上世纪80年代中期,此技术在国外应用较多,在国内则起步较晚,发展速度也慢。在此以国内某座使用波纹钢腹板箱梁的桥梁为例,对其进行研究。主要探讨的是不同截面形式造成的不同影响,所以选择了3种形式:①普通混凝土箱梁;②单箱双室波纹钢腹板箱梁;③双箱双室波纹钢腹板箱梁。使用的是C50混凝土,波纹钢腹板为Q345钢材,厚12mm。分析方法则采用有限元的方法。
根据箱梁实际构造特点,每间隔5m就设置一道混凝土横隔板,厚度为30cm;通过有限元分析程序建立起跨度为51.2m的不同截面形式箱梁的有限元模型。波纹钢腹板为板单元,混凝土顶/底板则为实体单元。从这三种截面形式的对比分析结果来看,其质量依次为1620t、1300t、910t。可见,与普通混凝土腹板箱梁相比,波纹钢腹板箱梁的质量较轻,截面形式为单箱双室的波纹钢腹板要轻320t,有利于减轻梁体自重以及对底部的荷载。就波纹钢腹板而言,截面形式不同,自重也有差异。单箱双室较重,双箱双室则相对较轻,要轻近400t,但钢材使用量较多,远超出单箱双室的形式。所以两者的经济性能并不明显。
3 波纹钢腹板桥梁动力特性
3.1 比 较