在现有的大量研究中,国外学者从波形钢腹板Ι 型钢梁的屈曲模式开始,对波形钢腹板的力学特性进行探索,随后迅速发展,对其研究主要集中于剪切、抗弯及屈曲性能等方面。ELKAWAS及HASSANEIN等[1-2]研究了波形钢腹板的屈曲性能及抗扭刚度;KÖESDI等[3]对波形钢腹板的剪切变
形所引起的翼板附加横向弯矩进行了研究;MOON等[4-6]对波形钢腹板 Ι 型钢梁的非弹性屈曲性能、抗剪强度及弯矩校正系数进行了研究;WANG KJ等[7]通过弹性有限元模型对波形钢腹板曲线梁桥的剪切变形进行分析探究。而我国学者张鸿等[8]通过节段预制试验对波形钢腹板组合梁弯曲性能进行了研究;李立峰等[9-11]分析论证了波形钢腹板组合箱梁的腹板剪应力;柳兴成[12-13]等基于变分原理计算讨论了波形钢腹板箱梁挠度;陈水生等[14]进行分析了单箱多室波形钢腹板组合箱梁桥动力特性参数;冀伟等[15-19]在考虑箱梁的剪力滞效应、波形钢腹板的剪切变形效应以及两者的耦合效应下对该桥型的动力特性做了大量的试验研究和理论工作。分析现有文献可知,目前对波形钢腹板PC连续刚构梁桥力学性能的研究成果相对较少。因此,笔者将采用有限元模拟的方法研究波形钢腹板PC连续刚构梁桥的力学性能。
1 工程概况
本项目以兰州至海口国家级高速公路临洮至渭源段之玉井2号大桥为工程研究背景,分析设置横隔板对波形钢腹板PC连续刚构梁桥的力学性能的影响。玉井2号大桥为5跨变截面波形钢腹板PC连续刚构梁桥,其波形钢腹板采用1000型如图1所示。主梁由左右两幅构成,全宽24.5 m,跨径按照58m+3×100m+58m布置;其桥面纵坡按纵断面纵坡1.29%设计;其桥面横坡按双幅桥,每幅桥设2%的单向横坡设计;其设计洪水频率按1/100,设计流量按248.6m3设计。
2 波形钢腹板PC连续刚构梁桥自振模、频率态分析
2.1自振模态对结构位移变形影响分析
图2为玉井2号大桥MIDAS模型,表1中列举了其前6阶自振频率、周期和振型特征,图3为前6阶振型图。由于波形钢腹板PC连续刚构梁桥前2阶振型为周期接近的侧向弯曲与纵向移动,从而该桥型将在侧向及纵向易发生较大动力变形。同时波形钢腹板PC连续刚构梁桥抗扭刚度较大,在动力作用下难以发生扭转变形。