航站楼高架桥的横梁受力特征分析

第３８卷第１６期　山　西　建　筑　Ｖｏ１．３８　Ｎｏ．１６　２　０　１　２年６月　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｊｕｎ．　２０１２　・１７３・　文章编号：１００９—６８２５（２０１２）１６—０１７３—０２　航站楼高架桥的横梁受力特征分析　孟宪锋　（中国民航机场建设集团公司，北京１００１０１）　摘要：结合航站楼高架桥横桥向较宽，横梁跨径较大的特点，建立了有限元实体模型并对横梁受力进行了分析，得出了横梁的受　力特点以及横梁与其两侧箱室的相互作用关系，对类似工程具有一定指导意义。　关键词：航站楼高架桥，横梁，实体模型，受力特征　中图分类号：Ｕ４４８．２８　文献标识码：Ａ　０　引言　进行直接对比，因此为得到实体模型的横梁内力值，对横梁均匀　航站楼前高架桥主要功能为送客车辆提供从地面爬升至航　取了１９个断面进行正应力积分计算，横梁弯矩见图３。　站楼出发层停车、落客后再返回地面的高架道路，同时需要跨越　１　９７５　　．６５０　到达层道路，并为到达乘客及接客车辆提供行进空间。楼前高架　桥分为主桥和引桥，其中引桥与公路、市政曲线桥梁类似，在此不　再详述；主桥桥上为出发层车辆提供停车、落客平台，桥下为到达　层车辆及乘客提供行进空间，主桥桥跨依此功能进行设计，桥梁　｝ｚ　、　的跨径与航站楼柱网相匹配，一般为２０　ｍ～４０　ｍ，桥梁的横向宽　航　．　站　０　度与设计最大车流量相匹配，一般为２０　ｍ～５０　ｍ，桥下墩柱布置　楼　跏咖姗０　咖　咖跏咖　Ａ　与一层道路相匹配，一般两柱之间最少布置三个车道。因此楼前　轴　高架桥主桥的主要特点为宽桥梁，横梁下墩柱少（一般为两个），　线　间距大，在上部结构的设计中横梁设计常常起到控制作用。　楼前高架桥属于宽跨比较大的桥梁，上部结构大多采用预应　图１主桥横断面（单位：ｇｍ　Ｊ　力混凝土连续箱梁，截面为单箱多室构造，整个结构空间受力效　应明显。在进行上部结构分析时，常采用梁单元模型以及梁格模　型进行分析，而梁单元模型计算只能得出桥梁的纵向受力结果，　无法考虑横桥向的受力变形以及各个腹板不同的受力情况，特别　是无法考虑横桥的受力情况。而梁格模型虽然能够分析出上部　图２实体模型　结构的空间效应对支反力的影响以及各个腹板的受力情况，但由　于梁格模型的建立破坏了箱梁截面水平剪力的传递路径，造成横　梁受力失真，与实际结构相差较大，然而横梁的受力十分复杂，既　．．．．．．．．．．．．　’１２’３’　÷　９　ｌｂ　ｉｆ　１３　１７　ｆ８　要受到两侧箱梁传递来的内力，其本身也要受到来自活载的作　用，同时下面还有墩柱支撑作用。因此对于航站楼前高架桥主桥　而言，研究横梁的受力特征十分重要，特别是对建立单独的横梁　：　＼　＼一／　／　模型有着重要的意义。　１　工程背景　图３横梁弯矩图　某航站楼高架桥主桥为预应力混凝土连续箱梁，箱梁采用单　由图３可知，横梁的弯矩图形态与两端悬臂的简支梁类似，　箱四室断面，桥宽１９．７５　ｍ，梁高１．７　ｍ；下部结构为双柱式墩，桥　横梁弯矩主要控制值为横梁跨中最大正弯矩及墩柱支点位置的　跨布置为３×３０　１／１＇＋４×３０　ｍ＋３×３０　ｍ，端横梁宽度为２　ｍ，中横　最大负弯矩。　梁宽度为３　Ｉｌｌ，横梁下墩柱间距１３．７５　ｍ，主桥横断面见图１。　３．２横梁剪力图　２计算模型　同样对横梁１９个断面进行竖向剪应力积分计算，得到各个　截面的竖向剪力值见图４。　为了准确分析横梁在整体结构中的受力特征，本文采用Ｍｉ—　ｄａｓ　ＦＥＡ有限元软件建立了３　Ｘ　３０　ｉＴｌ连续箱梁的８节点实体模　５　Ｏ００　４　０（】０　型，共划分单元１３　７４４个，节点２４　１１０个（见图２）。　３　０００　２　Ｏ００　本模型仅为考察横梁受力特征，为方便起见，只考虑了梁体　１　ｏｏｏ　。　．．／．　．一　柱Ｒ一１　ｏｏｏ　１’１　……厂　自重及二期恒载等作用情况。　一２　００ｏ　３横梁的内力　一３　０００　—４　Ｏｏ０　３．１　横梁弯矩图　—５　０ｏｏ　实体有限元分析结果常为单元应力值，难与设计上的内力值　图４横梁剪力图　收稿日期：２０１２—０４—０７　作者简介：孟宪锋（１９７８．），男，工程师　・Ｊｕ口　１６期　］　１７４・　第３８卷第一２　０　１　２年６月　山　西　建　筑　由图４可知，横梁的剪力图形态同样与两端悬臂的简支梁类　力为横梁水平剪力的主要来源，真正由腹板水平应力所形成的水　似，但是在腹板与横梁相交位置出现了剪力值变化，由此可知箱　平剪力所占比例不足４％。　梁腹板对横梁有集中剪力作用。　４箱梁与横梁的相互作用　４．１　箱梁竖向剪力传递特点　为研究横梁两侧箱梁与横梁之间竖向剪力的传递特点，对实　图８箱梁水平剪力积分断面　体模型截面以各个腹板为中心进行了纵向切分（见图５），然后对各　３　０ｏＯ　个纵梁进行竖向应力积分以得出各个纵梁对横梁的竖向剪力值。　２　Ｏ０ｏ　１　０００　高　０　髁　ｌ　２　３　４　５　一１　Ｏ０ｏ　图５箱梁截面切分位置　一２　Ｏｏｏ　同时为考虑在纵梁的积分剪力中工字形截面各部分应力所　一３　０（）０　占比例大小，分别对工字形截面及翼缘之间的腹板截面进行了积　ｌ　１　　ｌ２　３　ｌ　４　ｌ　５　ｌ　６　圈剪力ｌ－２２５３３ｌ　２２１９２２６４４［－２　４９２．７１　１８４．６８　１－１６８．７４　分计算（见图６，图中阴影部分为腹板），并对各部分的竖向剪力　值进行了对比。　图９箱梁各部分水平剪力对比图　同时，从图中也可以得出，１，２部分顶板水平剪力对称相向，　３，４部分底板水平剪力对称相背，这是因为横梁在恒载作用下发　生向下弯曲，同时两侧的箱梁亦随之协调变形造成顶板受压底板　受拉的结果（见图１Ｏ）。　图６纵梁积分断面　由图７得出，在箱梁竖向剪力的传递过程中，距离支座较近　的部分传递剪力较大，距离支座较远的位置传递剪力较小。同时　在各片纵梁所积分出的竖向剪力中，由箱梁的腹板截面所传递的　竖向剪力占工字形截面的８０％以上，甚至在中间几个纵梁处，由　腹板所传递的竖向剪力与由翼缘传递的剪力方向相反，顶底板发　生畸变扭曲变形。　图１Ｏ恒载作用下的横梁弯曲变形　５结语　２　０００一　Ｉ　通过以上分析得出，航站楼高架桥连续箱梁结构在恒载作用　堇１　５００一　下其横梁出现简支梁的受力特征，同时横梁两侧的箱梁对横梁的　１　０００—　竖向剪力８０％以上通过腹板传递，而对横梁的水平剪力９５％以上　５０ｏ一　通过顶底板传递。这些横梁的受力特点对于把复杂的横梁空间　０　１　２　３　４　５　三维作用简化为二维作用，建立梁单元计算模型有着重要意义。　圈工字形截面　２　Ｏ９３．３　６７４．０８　３１３．１３　６７４．７　２　Ｏ７８．５　囹腹板截面　７，０．９　７０７．８８　５１１．６４　７０７．６６　７３５．８　参考文献：　■腹板所占比例，％　８３．６４　１０５．０１　１６３．４０　１０４．８９　８３．５ｌ　［１］　［英］Ｅ．ｃ．汉勃力．桥梁上部结构性能［Ｍ］．郭文辉，译．北　图７纵粱各部分竖向剪力值对比　京：人民交通出版社。１９８２．　４．２箱梁水平剪力传递特点　［２］　戴公连，李德建．桥梁结构空间分析设计方法与应用［Ｍ］．　同样为研究横梁两侧箱梁与横梁之间水平剪力的传递特点，　北京：人民交通出版社。２００１．　对实体模型截面按照顶板、腹板、底板等不同部位切分为６个部　［３］　项海帆，姚玲森．高等桥梁结构理论［Ｍ］．北京：人民交通出　分（见图８），然后对各个截面进行水平应力积分以得出各部分对　版社．２００２．　横梁的水平剪力值。　［４］　范立础．桥梁工程［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００２．　图９得出，在各部分积分出的水平剪力中，由箱梁顶底板所　［５］赵传亮，唐颖．箱梁横梁有效分布宽度对计算的影响［Ｊ］．　提供的应力远大于由腹板所提供的应力，亦即顶底板中的水平应　城市道桥与防洪，２０１１（６）：２１－２２．　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｒｏｓｓ－ｇｉｒｄｅｒ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｅｒｍｉｎａｌ　ｖｉａｄｕｃｔ　ｂｒｉｄｇｅ　ＭＥＮＧ　Ｘｉａｎ－ｆｅｎｇ　（Ｃｈｉｎａ　Ｃｉｖｉｌ　Ａｉｒｐｏｒｔ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００１０１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｅｒｍｉｎａｌ　ｖｉａｄｕｃｔ　ｂｒｉｄｇｅ　ｗｉｔｈ　ｗｉｄｅ　ｃｒｏｓｓ－ｂｒｉｄｇｅ　ａｎｄ　ｌａｒｇｅ　ｄｉａｍｅｔｅｒ　ｃｒｏｓｓ—ｇｉｒｄｅｒ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｅｓｔａｂｌｉ－　ｓｈｅｓ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＣＲＯＳＳ—ｉｇｒｄｅｒ，ａｎｄ　ｏｂｔａｉｎｓ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｃｒｏｓｓ—ｉｇｒｄｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｃｒｏｓｓ－ｉｇｒｄｅｒ　ａｎｄ　ｃａｂｉｎｅｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｏｔｈ　ｓｉｄｅｓ，ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ｃｅｒｔｉａｎ　ｇｕｉｄｉｎｇ　ｍｅａｎｉｎｇ　ｆｏｒ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｅｒｍｉｎａｌ　ｖｉａｄｕｃｔ　ｂｒｉｄｇｅ，ｃｒｏｓｓ—ｉｇｄｒｅｒ，ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌ，ｍｅｃｈａｎｉｃｌａ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ