彎橋計算分析

邱金亮 方水平

0 引言

道路等級的提高和城市交通量的增大,使得大型公路立交橋和城市立交橋的建設如雨后春筍,斜橋、彎橋的數量也急劇增多。相對于直線橋而言,彎橋因受彎、扭耦合效應的影響,其受力更為復雜。曲梁的扭矩比直梁要大許多,過大的扭矩給曲梁橋的上部結構和支座的設計帶來困難,并且使得橋梁的建設投資增加。曲線梁橋支座多于一個時,具有較強的抗扭約束能力,而中間的獨柱式點鉸式支座如果沿著梁的剪力中心線設置,就沒有抗扭約束能力,這樣的支座使得上部結構的扭矩最大值較大,且沿著梁橋縱向分布極不均衡,引起材料和投資的加大。沿著曲線橋的徑向向外調節獨柱橋墩的位置,使其偏離梁的剪力中心線,可改善曲線梁橋內力,節約材料。對曲率半徑較小的彎連續梁橋進行分析計算,目前主要有兩種方法:1)選取單梁法,用單梁建模計算時,把它簡化成一根細梁或曲桿來計算,從而得到各個截面的內力和位移,其結果雖然不能反映出撓度沿梁寬方向的分布情況,但此種方法建模簡單、計算結果可以直接運用截面設計;2)選取梁格法,用梁格法建模進行分析計算,可以得到撓度、內力沿梁寬方向的分布值,用于施工控制很有必要,此種方法建模較復雜,計算結果需要一定的整理才能運用于截面設計。

1 工程概況

軍山樞紐互通B匝道跨線橋是處于永修—武寧高速上的一座4跨一聯鋼筋混凝土箱形截面連續梁橋。橋梁曲率半徑為130 m,跨徑設置為19.9 m+28 m+28 m+19.9 m,橋梁全長為103.92 m。橋梁平面位于圓曲線內,橋梁設置了5%的超高。2號橋墩為獨柱,橋梁支座采用盆式橡膠支座。橋梁總體布置見圖1。

2 模型建立

本橋用橋梁博士V3.10分別采用單梁法、梁格法進行建模分析,主梁采用梁單元進行模擬。由于本橋的支座采用鉸支座,故模型中未考慮橋墩的影響,而直接將約束加在主梁相應的位置。單梁法模型中劃分了115個單元,梁格法模型中劃分了501個單元。其計算模型如圖2,圖3所示。

3 計算結果及分析

按圖2,圖3兩種建模方法得到的模型進行結構計算分析,其對比分析結果見表1。

表1 兩種建模計算結果分析表

由表1分析可知:1)單梁法模型計算出來的彎矩較梁格法小,兩者相差值在5%左右,其差值在工程允許范圍之內,可以忽略不計;2)單梁法模型計算出來的扭矩較梁格法大,兩者相差值在15%左右,其差值超出工程允許范圍,故彎橋設計和計算時必須考慮這兩種模型所得結果的差別;3)單梁法模型計算出來的裂縫較梁格法大,兩者相差值在5%左右,其差值在工程允許范圍之內,可以忽略不計。

4 結語

通過對兩種計算模型的計算結果對比分析可得出:單梁法計算出來的內力較梁格法彎矩偏小,扭矩偏大,故對于較大半徑的彎橋,扭矩不控制設計時,可以選擇單梁模型進行計算設計,用單梁模型計算出來的內力來控制截面設計和裂縫寬度計算是能滿足工程設計的要求;對于半徑較小的彎橋,扭矩控制設計時,截面縱向鋼筋和裂縫寬度設計時可以根據單梁模型計算出的彎矩來進行設計,抗扭箍筋計算若采用單梁模型稍微偏保守一點。總之用單梁法計算出來的內力來控制橋梁設計可以滿足工程設計的要求,特別對于橋梁初步設計階段,以減少彎橋設計計算的工作量。

[1] JTG D62-2004,公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

[2] JTG D60-2004,公路橋涵設計通用規范[S].

[3] 孫廣華.曲線橋梁計算[M].北京:人民交通出版社,1997.

[4] 邵容光,夏 淦.混凝土彎梁橋[M].北京:人民交通出版社,1994.

[5] 戴公連,李德建.橋梁結構空間分析設計方法與應用[M].北京:人民交通出版社,2001.