某桩板桥静力计算分析

某桩板桥静力计算分析

郑华明

广东省冶金建筑设计研究院有限公司

摘要：随着国家的发展，经济的进步，我国的交通路网也在不断的完善，近些年，全国各地有大规模公路、城市道路改扩建项目，是目前交通建设发展的重点。常规改扩建采用路基拼宽方法，主要存在征地困难，施工周期长，污染环境。随着国家推行绿色公路建设，“桩板式无土路基结构”正是在这一背景下形成的一种新型桩板结构。文章将以某桩板式桥梁为背景，阐述该类桥型的技术特征，并采用有限元软件对桥进行成桥后的内力和变形计算分析，验算证明该桥设计应力状态和变形特征符合规范要求。

关键词：桩板式桥梁；生产工厂化；施工装配化；静力计算

1工程概况

本项目12.75m桩板式路基上部结构采用预制钢筋混凝土板，标准跨径6m，7孔一联，标准联长42m。

梁板可分为A、B、C、D板，其中D板为0.3m宽湿接缝，其余板为工厂预制板。A板、B板横向跨中板厚30cm，悬臂端厚20cm，加腋根部50cm厚。位于联端的C板跨中板厚与加腋根部同厚，为50cm，悬臂端板厚20cm，纵向加厚范围为联端1m范围。

下部采用预应力混凝土高强管桩。

图1桩板桥横断面示意图

2技术标准

（1）道路等级：一级公路，双向4车道；

（2）设计速度：60km/h；

（3）设计荷载：公路－Ⅰ级；

（4）设计安全等级：一级；

（5）地震动峰值加速度：0.1g；

3结构计算

3.1 计算参数

3.1.1主要材料

（1）混凝土

板梁采用C50砼。

（2）钢材

普通钢筋采用HPB300和HRB400钢筋。

3.1.2荷载参数

（1）永久作用

主梁结构自重；二期桥面铺装及桥面系荷载；砼收缩、徐变按照3650天计；支座沉降：墩台均按5mm考虑。

（2）可变作用

1）汽车荷载

由车辆荷载和车道荷载组成，两者不得叠加。

2）汽车冲击力

汽车荷载乘以冲击系数。

3）汽车制动力

汽车制动力根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2015）第4.3.5条规定采用。

4）温度影响力

①整体升降温：

整体升降温：根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2015）第4.3.12条规定取值。

②截面温差（只考虑板梁）

按照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2015）第4.3.12条规定取值。

3.2 计算模型

本桥采用MIDAS Civil软件进行数值分析，采用梁格法进行模拟。

图2结构有限元计算模型图

3.3 结构计算分析结果

3.3.1板的承载能力极限状态计算

（1）板的拉弯（压弯）承载能力验算

图3-1基本组合下，结构肋板加厚段位置顺桥向弯矩图（单位：kN.m）

图3-2基本组合下，结构肋板加厚段位置轴力图（单位：kN）

图3-3基本组合下，结构肋板间横向跨中位置顺桥向弯矩图（单位：kN.m）

图3-4基本组合下，结构肋板间横向跨中位置轴力图（单位：kN）

表3-1表示肋板与横向跨中位置各板纵向配筋情况。

表3-1各板块纵向钢筋配筋情况

表3-2对上述各板块进行最不利基本组合作用下纵向受力承载能力验算。

表3-2最不利基本组合作用下各板块纵向受力承载能力验算（拉弯或压弯）

由表中计算数据可看出，构件纵向配筋满足截面抗弯承载能力要求。

图3-5基本组合下，结构联端位置横桥向弯矩图（单位：kN.m）

图3-6基本组合下，结构联端位置横桥向轴力图（单位：kN）

图3-7基本组合下，结构跨中位置横桥向弯矩图（单位：kN.m）

图3-8基本组合下，结构跨中位置横桥向轴力图（单位：kN）

图3-9基本组合下，结构中支点位置横桥向弯矩图（单位：kN.m）

图3-10基本组合下，结构中支点位置横桥向轴力图（单位：kN）

表3-3各板块横向钢筋配筋情况

表3-4对上述各板块进行最不利基本组合作用下横向受力承载能力验算。表4-4中表示构件按压弯或拉弯构件进行验算。

表3-4最不利基本组合作用下各板块横向受力承载能力验算（拉弯或压弯）

由表中计算数据可看出，构件横向配筋满足截面抗弯承载能力要求。

（2）板的斜截面抗剪承载能力验算

图4-1基本组合下，结构边肋位置剪力图（单位：kN）

图4-2基本组合下，结构肋板间横向跨中位置剪力图（单位：kN）

表4-5最不利基本组合作用下各板块斜截面抗剪承载能力验算

根据以上计算结果，构件在纵横向均能满足斜截面抗剪承载能力要求。

3.3.2板的正常使用极限状态验算

图5-1频遇组合下，结构边肋加厚段位置顺桥向弯矩图（车道荷载偏载）（单位：kN.m）

图5-2频遇组合下，结构边肋加厚段位置轴力图（车道荷载偏载）（单位：kN）

图5-3频遇组合下，结构肋板之间横向跨中位置顺桥向弯矩图（车道荷载偏载）（单位：kN.m）

图5-4频遇组合下，结构肋板之间横向跨中位置轴力图（车道荷载偏载）（单位：kN）

表5-1最不利频遇组合作用下各板块纵向内力与裂缝宽度验算

由计算结果可知，板的横向裂缝宽度满足规范要求。

图5-5频遇组合下，结构联端位置横桥向弯矩图（单位：kN.m）

图5-6频遇组合下，结构联端位置横桥向轴力图（单位：kN）

图5-7频遇组合下，结构跨中位置横桥向弯矩图（单位：kN.m）

图5-8频遇组合下，结构跨中位置横桥向轴力图（单位：kN）

图5-9频遇组合下，结构中支点位置横桥向弯矩图（单位：kN.m）

图5-10频遇组合下，结构中支点位置横桥向轴力图（单位：kN）

表5-2最不利频遇组合作用下各板块横向内力与裂缝宽度验算

由计算结果可知，板的纵向裂缝宽度满足规范要求。

3.3.3板的竖向位移

图7活载作用下，板梁的竖向位移图（单位：mm）

活载引起的板梁竖向位移最大值为3.3mm

4结语

桩板式桥梁结构具有施工速度快，少征地，少填土，结构刚度大，工后沉降小等优势。本文通过对桩板式桥梁进行静力计算分析，从全桥纵横向计算等方面详细阐述了本桥的计算过程，根据现行规范对结果给出了相应评价，给为同类桥梁的设计提供参考。

参考文献：

[1]《公路工程技术标准》（JTG B01-2014）

[2]《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）

[3]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362-2018）

[4]《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）

[5]《公路工程混凝土结构耐久性设计规范》（JTG/T 3310-2019）