结构计算分析

一、模型建立及参数取用

计算分析荷载：原桥的设计荷载为1974年荷载标准汽－15级、履－50级。本次计算采用现行规范最小荷载等级，即公路－Ⅱ级车道荷载进行验算分析。

计算参数如混凝土强度、结构尺寸等的选取均根据实测资料进行。

计算分析时考虑温度影响，按均匀温升20℃、均匀温降20℃分别计入。

根据测量结果，拱轴线无明显变化，在计算分析时，拱轴线采用理论拱轴线。

侧墙、填料及桥面系荷载等重量采用梯形分布荷载施加在模型上。

计算分析时采用荷载横向分布系数来考虑荷载横向分布的影响，采用弹性支承连续梁的简化计算方法计算。对边肋，汽车横向分布系数为0．216，人群荷载横向分布系数为0．549；对中肋，汽车横向分布系数为0．278，人群荷载横向分布系数为0．33。

计算分析时，考虑了偏压构件的偏心距增大系数，杆件的有效计算长度采用0．36S进行计取。

（二）模型的建立

计算分析采用平面桥梁计算软件进行计算，全桥共划分112个单元、121个节点，计算模型如图5－29所示。

图5－29　结构计算模型图

（三）计算分析结果

1．主拱圈承载能力计算结果

由于桥梁结构对称，拱圈的内力在全拱圈分布对称，因此，为了较为清晰地表达拱圈结构的承载能力计算结果，下面列出了拱脚、L／8截面、L／4截面、3L／8截面、拱顶截面共5个截面的承载能力极限状态下强度计算结果。

根据交通部《公路旧桥承载能力鉴定方法（试行）》（1988）中有关旧桥检算承载能力的提高或折减的有关规定，荷载效应不利组合的设计值小于或等于结构抗力效应，如公式（5－1）所示。

承载能力极限状态下主拱圈强度计算结果，结构抗力均按照上式进行了折减。

在计算荷载等级公路－Ⅱ级车道荷载作用下，边肋拱脚截面的承载力不足，其强度验算不能满足规范要求，其他截面均能满足通行计算的荷载等级。

根据计算分析可知，本桥不能满足通行公路－II级车道荷载。

2．刚度计算结果

汽车（不计冲击力）计算的拱圈正负挠度最大绝对值之和，对中肋刚度满足规范要求；对边肋刚度满足规范要求。

3．结构弯矩、轴力包罗图

在极限承载能力荷载组合Ⅰ的弯矩、轴力包络图如图5－30至图5－33所示。

图5－30　承载能力极限状态下组合Ⅰ中肋弯矩包络图

图5－31　承载能力极限状态下组合Ⅰ中肋轴力包络图

图5－32　承载能力极限状态下组合Ⅰ边肋弯矩包络图

图5－33　承载能力极限状态下组合Ⅰ边肋轴力包络图

4．新规范下允许通行的最大单车荷载

由上面的计算分析可知，本桥不能满足通行公路－Ⅱ级车道荷载，因此，按照2004规范进行目前桥梁状况下允许仅通行一辆载重车辆的最大单车荷载。

（四）单车计算分析

1．单车计算分析说明

（1）计算分析荷载：根据本桥经常通行装载矿石车辆这一实际情况，本次计算的单车重量为25t。

（2）计算参数如混凝土强度、结构尺寸等的选取均根据实测资料进行。

（3）计算分析时考虑温度影响，按均匀温升20℃、均匀温降20℃分别计入。

（4）拱轴线采用理论拱轴线。

（5）侧墙、填料及桥面系荷载等重量采用梯形分布荷载施加在模型上。

（6）计算分析时采用荷载横向分布系数来考虑荷载横向分布的影响，采用弹性支承连续梁的简化计算方法计算。对边肋，汽车横向分布系数为0．216，人群荷载横向分布系数为0．549；对中肋，汽车横向分布系数为0．278，人群荷载横向分布系数为0．33。

（7）计算分析时，根据规范要求，考虑了偏压构件的偏心距增大系数，杆件的有效计算长度采用0．36S进行计取。

2．单车承载力计算结果

根据检测情况，计算分析时旧桥检算系数Z1取0．95。

承载能力极限状态下主拱强度计算结果见表5－7和表5－8，结构抗力均进行了折减。

表5－7　中肋单车强度计算分析结果汇总表

表5－8　边肋单车强度计算分析结果汇总表

续表

从表5－7和表5－8可以得出以下结论。

（1）在全桥仅通行一辆25t的重车的情况下，主拱各截面的抗力与计算轴力之比均大于1，各截面的强度均能满足要求。

（2）为了桥梁的安全，建议该桥在有人看守的情况下，允许全桥通行一辆25t的重车。

（五）计算结论

1．荷载计算结论

基于检测的实测资料，对原桥按照公路－Ⅱ级荷载进行了计算分析，计算结果如下。

（1）边肋拱脚截面的承载力不足，其强度验算不能满足规范要求，其他截面均能满足通行计算的荷载等级。

（2）根据计算分析可知，本桥不能满足通行公路－Ⅱ级荷载等级。

2．正常使用阶段刚度验算

根据计算分析，正常使用阶段，桥梁的刚度验算满足规范要求。

3．新规范下允许通行的最大单车的计算结论

在目前桥梁状况下，在全桥仅通行一辆25t的重车的情况下，按照2004规范进行计算分析，计算结果如下：

（1）在全桥仅通行一辆25t的重车的情况下，主拱各截面的抗力与计算轴力之比均大于1，各截面的强度均能满足要求。

（2）为了桥梁的安全，建议该桥在有人看守的情况下，允许全桥通行一辆25t的重车。