王锦涛

(合肥工业大学 土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009)

0 引 言

桩板式结构是近年来新兴的一种路基结构，具有结构刚度大，工后沉降小等优点，可以很好地替换传统的填土路基拼宽。由于该结构取消了传统路基的放坡宽度，因此较大节省了征地面积；同时结构物中的板梁、管桩等可在工厂预制，现场组装，因此大大提高了施工速度；而且该结构可以继续利用原有的涵洞、水沟等附属设施，既能加快施工进度又可以节约工程造价。同时，该结构可以改变公路路基路面的传统结构形式和传统建造方式，取消了混凝土结构上传统设置的伸缩缝，预制梁板高架于按一定间距布置的支撑管桩上，结构具有完全消除自身纵向伸缩变形的能力，理论上可以无限无缝延长。目前国内对于桩板式结构的分析研究也进行了大量理论研究[1-3]。因此，本文通过采用有限元软件分析，同时与实际工程结合，研究桩板式结构的力学性能，以期对桥梁结构设计和应用起到一定的借鉴作用。

1 有限元模型

本文依托合巢芜高速公路改扩建工程，该结构标准横断面，如图1所示。桥面宽度为8.77 m，横向布置两排桩。结构标准跨径设置为6 m，等跨径布置，采用15孔一联，联长90 m。桥面板采用纵向分块预制，每两块相邻预制板之间由湿接缝进行连接，湿接缝宽度为0.3 m。中部各桩板连接位置均采用固结方式，联端设滑板式活动支座。

本文在进行分析计算时利用ANSYS有限元软件，其中单元类型方面桥面板用SOLID65单元模拟；管桩用BEAM188单元模拟，考虑钢板、钢筋与混凝土之间的刚度等效；实体模型与梁单元模型之间用MPC184单元进行多尺度连接处理[4]；土弹簧采用COMBIN14单元进行模拟。整体结构ANSYS有限元模型如图2所示。

图1 结构标准横断面

图2 ANSYS有限元模型

在荷载组合工况方面本文采用基本组合情况下考虑车道荷载，同时依据规范[5]采用均布荷载加集中力的方式处理，而且考虑左偏右偏中间三种情况进行加载，以得到最不利状态下的弯矩(轴力)。同时考虑纵向布载按照影响线加载方式，经分析采取第一跨跨中影响线以及第三排桩支点影响线两种布载方式。

2 结果分析

为了充分考虑加载工况的影响，本文的分析方式有12种之多，因此为节省篇幅仅展示部分位移云图和应力云图，其余最终整合汇总用以分析。

经计算可得基本组合作用下工况1(车道荷载右偏，按第一跨跨中影响线加载，升温工况)，顺桥向最大位移发生在混凝土板，最大位移9.72 mm，全桥位移云图如图3所示。第一跨跨中处左肋竖向应力云图如图4所示，同时按照1 m宽度进行积分计算可得该处弯矩和轴力，积分结果见表1。

图3 全桥位移云图

图4 第一跨跨中处左肋竖向应力云图

表1 工况1最不利位置处弯矩与轴力

由于积分时取用的上下缘拉压应力是以最大值，或以小于计算宽度范围的分布应力值为准进行计算的，所以计算得到的结构内力在验算过程中是偏保守的。

最终整合基本组合车道荷载12种加载方式计算所得结果，提取每种加载工况的顺桥向最大位移，可知最大位移发生在工况1，最大位移为9.72 mm。同时统计12种工况的最大弯矩以及最大轴力列于表2。

表2 各工况下各位置处的最大弯矩与轴力

由表2可知：

按照车道荷载加载，桥面板第一跨跨中处纵向最大弯矩不大于320 kN·m，轴力不大于-696 kN；桥面板第三跨支点处纵向最大弯矩不大于-222 kN·m，轴力不大于839 kN。

按照车道荷载加载，桥面板第一跨跨中处横向最大弯矩不大于-119 kN·m，轴力不大于301 kN；桥面板第三跨支点处横向最大弯矩不大于-125 kN·m，轴力不大于300 kN。

3 结 论

通过分析上述计算结果，可以得出以下结论：

(1)经分析工况1加载情况下板顶部纵向位移最大，为9.72 mm。由于该项目桩体覆土深度大，结构整体刚度大，故最不利工况的最大位移较其他项目偏小。

(2)由于计算得到的结构内力在验算过程中是偏保守的，通过分析各位置处弯矩和轴力可知结构受力在容许范围内，因此该桩板式结构设计安全可靠，应用前景广阔。