按钮

Whitacre桥梁

  • 现有的圬工结构改建成整体桥梁

  • 三维壳单元和实体单元建模

  • 对先前的持续荷载、土压力和热效应荷载进行评估

whitacre_lifting_775.jpg


Galliford-Try Rail代表铁路管理部门,委托Tony Gee及其同伴设计位于英国Warwichshire市的Whitacre的公路桥,以部分取代现有的三跨砖石拱桥结构。采用LUSAS Bridge,设计了一两跨整体式桥梁,由该桥传递到原有下部结构上的荷载与已拆除的拱桥大致相同,且中墩有足够的强度储备以抵御列车的碰撞。


概况

为了能为现代运输车辆提供更多的水平向及竖直向净空,需要用新的结构来替代目前的两跨砖石拱桥。任何替代方案都须经仔细考虑,以符合几何控制以及由火车道、现行公路及两侧堤墙等共同决定的作业空间等的要求。此外,方案还要求能在铁路部位规定的时间内完成,以减小列车服务的中断时间。*后选定的方案要求将北侧跨和中间跨拆除至拱脚位置,目前的下部结构和南侧跨仍被保留,并由建于拱下的填充墙支撑。以预先浇注的混凝土门式框架作为新建的两跨整体桥梁的基本构件,新建桥梁位于现有的拱桥基础的拱脚位置上。通过在门式单元顶部现浇复合的混凝土桥面板,使新建桥梁作为一个连续结构承担活载和环境荷载。

whitacre_masonry_pier_350.jpg


建模和分析

考虑到是斜交的桥梁结构及分析的复杂性,所有的分析都是采用LUSAS Bridge来完成的。用3维壳体单元和实体单元模型对桥梁后期连续性的工作性能进行了研究。分析中考虑了恒载、活载及环境荷载,尤其是温度和土压力荷载。


主要考虑的荷载组合有:

  • 根据英国BD37/01的后连续活载效应

  • 连续结构的温度荷载

  • 沿桥面板厚度按抛物线变化的温度荷载

  • 根据英国规范BA42/96和BD42/00确定的作用于北侧墩的土压力荷载

根据GC/RC确定的作用于中墩的列车影响荷载及其它荷载效应,包括由温度、收缩及土压力荷载产生的由上部结构传递至墩柱的作用,用独立的拱桥下部结构模型分析这些荷载效应。


后连续活载

用3维壳单元模拟包括桥面板在内的整个钢筋混凝土结构,用实体单元模拟整体式桥台和两个桥墩。假设钢筋混凝土结构是通过位于整体式桥墩上的销支座支撑于原拱桥的基础上。这些支座允许绕结构的横向转动,但限制在三个整体坐标方向的移动。用LUSAS中的桥梁荷载工具,按照英国的BD37/01规范中的HA和HB荷载,分析了桥梁的基本荷载组合。将HB车辆定义成移动荷载,并定义了多个行车道以求成各构件的*不利荷载效应。


土压力荷载

起初可将支座简化成能绕底部转动的销,但从长远来看,由于桥台后高填土压力的作用,支座的转动能力会不可避免地要进行折减,同时支座周围的堆积物也会使支座退化。经对上述现象的进一步研究,用弹性约束来模拟支座的转动。由于桥台后填土的棘轮效应,土压力会达到一个很高的值。根据设计规范,考虑合拢时的恒定的温度应变值及增加的墙体土压力,计算出了土压力,将其作为结构荷载作用于模型上。分析了由北侧桥台后的土压力引桥的横向推力对结构的作用,还分析了在不考虑任何平衡土压力的条件的保留下的拱桥对新建结构的作用。


温度荷载

对于温度效应分析,使用了三维实体单元代替三维壳单元进行结构建模,以能描述结构的厚度。建立了一温度梯度方程,使得温度沿桥面系厚度方向呈抛物线规律变化。进行模型改进的主要目的是为了更好地分析结构在温度荷载作用下地变形和转动。能在结构模型中定义材料、几何特征和荷载变量是LUSAS所具有一个非常实用的特点,在分析复杂问题上非常有用。


whitacre_deformed_results_sx_nokey_350.gifwhitacre_displacement_results_rslt._nokey_350.gif



整体桥台桥

有充分的证据表明,桥梁伸缩缝的维护和更换是一项昂贵的、往往具有破坏性的工作。通过消除关节,许多维修问题,如使用除冰盐,可以克服。在这方面,整体桥台桥梁提供了一个理想的解决方案,在跨度和斜度范围内,目前指定的BD 57。三峡工程首席工程师萨米尔·汗说:“虽然整体桥台桥梁具有理想的长期性能,但重要的是要认识到,它们本身就有一套潜在的维修问题,需要在设计过程中通过对细节的仔细关注加以解决。了解这些结构在各种荷载条件下的行为,特别是土压力、棘轮效应和循环热效应是至关重要的。在这方面,必须建立具有代表性的结构分析模型,以便研究各种荷载应用的全部含义。对整体桥台桥的运动、转角和变形进行真实的估计,与计算弯矩、剪和应力一样重要“。


whitacre_parapets_775.jpg


"Tony Gee 公司的首席工程师Sameer Khan说: 这类整体式桥梁的详细分析使得我们能对各种荷载作用下的结构行为有更深刻的认识。LUSAS使我们能非常方便地评估各种荷载效应,尤其使土压力和温度,且比其它方法更为详细、深入。"

Sameer Khan, Principal Engineer, Tony Gee and Partners

分享到:

©2016 武汉力创科技发展有限公司 版权所有

      鄂ICP备17011292号-1      ‍备案图标.png 鄂公网安备42010002420008号

———————————
_____________
_____________
———————————
———————————
_____________
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

软件代理

LUSAS

MIDAS‍


_____________
———————————