普通混凝土桥梁板结构的安全分析

1 工程概况

某电厂煤码头引桥自竣工并投入使用已10年。该码头为圆筒式梁板连续整体结构, 主要承担电厂所需原煤的接卸和输送任务。为确保桥梁及码头的安全正常运营, 有必要结合桥梁的现状对桥梁承载能力进行验算, 评定桥梁的极限车辆荷载吨位, 为业主对桥梁进行限载, 两端挂标志牌, 注明限载吨位等提供依据。

煤场栈桥结构纵横方向采用矩形梁和箱型梁连接, 上部安装预制钢筋混凝土π板和T板, 共同形成以结构自重力承担码头外部作用的重力式水工建筑物。煤场栈桥结构剖面如图1示意。

依据相关设计资料, 同时考虑安全等各方面的影响因素, 混凝土等级取为C30。DPI板的计算跨径为20m。根据设计图纸信息, DPI板的钢筋信息为:端部箍筋:2×4T12@200, 设计强度为400MPa;跨中底部钢筋:4×4T40+4×4T40, 设计强度370MPa, 桥博计算中, 跨中钢筋采用中交新钢筋HRB400来等强替代。

2 验算参数

2.1 桥面冲击系数

桥面冲击系数采用《公路桥涵设计通用规范》中的简化计算方法。对于简支梁:以DPI板为对象, 根据简支梁特征有:l=20.0m, Ic=3.663e+011 (m m4) =0.3 7 m4, Ec=2.5 5 E+1 0 (N/m 2) , A=2033000 (mm2) =2.03m2, r=25kN/m3。

通过计算, 得到汽车活载作用下桥面冲击系数µ=.1279。

2.2 横向分布系数

每跨之间有三片π梁板, 每片π梁板之间留有施工缝, 假定视为简支, 则可采用铰结板法进行每片π梁的横向系数计算。通过计算, 可求得三片主梁的汽车横向分布系数分别为0.7106581、0.667671和0.7115421。结构承载力验算时, 取3#梁作为验算对象。

2.3 最不利荷载组合

以典型π板DPI为验算对象, 最不利荷载组合考虑跨中弯矩和端部剪力。桥面宽度为20m, 按规范规定可以按四车道进行车辆布置。由于需要考虑多车道折减系数, 分别对二车道、三车道和四车道进行最不利荷载分析。桥梁宽度20m时为四车道桥梁, 当同时考虑4排车时, 车辆折减系数取为0.67, 当同时考虑3排车时, 车辆折减系数取为0.78, 当同时考虑2排车时, 车辆荷载不予折减。

通过计算发现, 四车道最不利荷载布置下跨中弯矩和端部剪力达到最大, 在结构验算中以此汽-20荷载进行验算。

3 验算结果

结合工程概况, 在合理模拟结构和边界的基础上, 采用桥梁博士3.0软件建立了相应的有限元分析模型, 采用桥梁博士的全桥结构安全验算类别对普通混凝土桥梁结构进行验算。

3.1 承载能力极限状况强度验算

为了保证结构的安全, 必须对结构的截面承载能力极限状态进行验算, 根据规范规定, 基本荷载组合下受力最不利的跨中控制截面的承载能力极限状况强度验算可知, 混凝土桥梁跨中截面的极限最大弯矩承载力13600kN·m远大于基本组合下的结构弯矩设计值5760kN·m, 因此T梁结构是偏于安全的。

3.2 正常使用阶段的裂缝宽度计算

为了保证结构的正常使用, 必须对钢筋混凝土构件在正常使用极限状态下的裂缝宽度进行验算。钢筋混凝土构件, 按I类环境考虑, 最大裂缝宽度不应0.2mm。通过桥梁博士的计算, DPI桥梁跨中截面在汽-20车队最不利组合荷载作用下裂缝宽度为0.14mm, 小于规范要求, 能满足正常使用的要求。

3.3 正常使用阶段的截面挠度验算

本桥梁为钢筋混凝土简支T梁, 通过验算, 在满足极限承载能力及裂缝要求的汽-20车队最不利荷载组合下, 按荷载短期效应组合考虑, 跨中最大挠度为2.92cm, 再考虑长期荷载效应系数取1.6, 即为4.672cm;且结构自重作用下跨中挠度值为1.536cm, 则消除自重产生的长期挠度值为3.136cm, 小于桥梁规范中规定的1/600的梁跨度, 即:1/600×2000=3.335cm, 即汽-20荷载作用下, 结构的挠度满足规范的要求。

4 结语

为保证桥梁长期、安全使用, 特提出以下建议。

(1) 根据验算结果, 建议通过本桥的车辆重量不得超过汽—20荷载要求。

(2) 应对桥梁进行定期检查, 重点关注大型车辆经过后是否有新增裂缝、跨中下挠较大等现象出现, 确保桥梁结构的正常运营。

摘要：混凝土桥梁板结构的安全可靠对车辆的正常运营非常关键。结合某工程实例, 对梁板结构的实际承载和变形能力进行验算分析, 明确了结构的安全和可靠性能。

关键词：梁板结构,安全,分析

参考文献

[1] 公路桥涵设计通用规范 (JTG D60-2004) [S].

[2] 公路钢筋混凝土及混凝土桥涵设计规范 (JTG D62-2004[) S].