某斜腿剛構跨線橋受力分析

魏慧芝

0 引言

斜腿剛構橋因其對邊坡、路面、橋面之間的凈空形成通視良好而變化有序的分割，成為大多數高等級公路跨線橋的首要選擇之一[1］。斜腿剛構橋為多次超靜定結構，整體性強，剛度大，但產生的次內力往往也較大[2］，本文通過對某斜腿剛構橋進行受力分析，研究該橋的安全性。

1 橋梁簡介

本橋為鋼筋混凝土結構，采用搭架現澆的施工工藝，混凝土主梁及斜腿采用C40混凝土，跨徑12.5 m+22 m+12.5 m，橋面寬度為5.5 m，橋梁上部主梁為2片變截面T梁組成，梁肋中心距2.8 m。T梁根部梁高1.4 m，端部梁高0.9 m，邊跨及中跨梁底曲線按二次拋物線變化。梁底均保持水平。T梁梁肋寬0.7 m，頂板厚0.22 m。翼緣端部高0.15 m，根部高0.3 m。梁端設橫梁，底面水平，橫梁跨中高度為0.955 m，寬度為0.77 m。邊跨及中跨均設橫隔板，橫隔板高0.75 m，寬0.3 m。斜腿由主梁根部進入梁體，于連接處形成斜橫隔板。橫隔板高1.4 m～1.455 m，寬度0.8 m。斜腿中線與水平線夾角為45°，變截面矩形斷面，厚度由0.8 m漸變至0.5 m，按直線變化，寬度為等寬3.5 m，施工階段，斜腿下端設置鋼板形成鉸支撐，如圖1所示。

圖1 橋型布置圖

2 有限元分析

2.1 建模

結構計算采用橋梁博士平面桿系程序，共分為74個單元，90個節點，如圖2所示。根據規范要求進行持久狀況承載力極限狀態計算、短暫狀況正常使用極限狀態計算、持久狀況構件應力計算，對結構構件進行承載能力、抗裂和應力的驗算。

圖2 全橋有限元模型圖

2.2 技術標準和設計參數

梯度溫度為:

正溫:主梁頂面25℃;距頂面100 mm處，6.7℃;距頂面400 mm以下均為0℃。

負溫:主梁頂面－12.5℃;距頂面100 mm處，－3.35℃;距頂面400 mm以下均為0℃。

支座不均勻沉降為5 mm。

2.3 荷載組合

JTG D60-2004公路橋涵設計通用規范規定，按承載能力極限狀態設計時，采用基本組合;按正常使用極限狀態設計時，采用作用長期效應組合(組合Ⅰ)和作用短期效應組合(組合Ⅱ);持久狀況構件的應力計算采用作用標準值組合(組合Ⅲ)。

3 計算結果

梁端支點及斜腿腿腳最大反力見表1。

表1 結構支點最大反力

斜腿上軸力很大，彎矩很小，對結構的受力是有利的，且受力上大下小，所以斜腿可以做成上大下小的形狀[2］。中跨部分有較大的彎矩和軸力，屬于偏壓構件，邊跨部分既受彎又受拉，屬于彎拉構件，如表2所示。所以，在進行結構設計時，斜腿部分需要驗算強度，主梁除驗算強度外，還應驗算裂縫寬度。

表2 典型斷面的結構抗力

由于該橋為對稱結構，因此取半跨列示結果。

3.1 強度驗算

圖3 承載能力極限組合Ⅰ 最大抗力及對應內力圖

圖4 承載能力極限組合Ⅰ 最小抗力及對應內力圖

從圖3，圖4中可以看出，主梁及斜腿各截面抵抗正、負彎矩的抗力大于最不利荷載組合下的正、負彎矩，主梁及斜腿極限承載能力從理論計算分析滿足規范要求。

3.2 裂縫寬度驗算

由圖5，圖6可知，正常使用極限狀態組合Ⅱ，主梁及斜腿最大裂縫寬度0.176 m，小于0.2 mm，滿足規范要求。

圖5 正常使用狀態組合 Ⅱ主梁上緣裂縫圖

圖6 正常使用狀態組合 Ⅱ主梁下緣裂縫圖

圖7 正常使用極限狀態主梁上緣壓應力圖

圖8 正常使用極限狀態主梁下緣壓應力圖

3.3 應力驗算

如圖7，圖8所示，上緣最大壓應力值為8.4 MPa;下緣最大壓應力值為5.5 MPa;《鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》規定:在使用荷載作用下，鋼筋混凝土構件受壓區混凝土邊緣的壓應力應小于[σ］=0.8fck=0.8 ×26.8=21.44 MPa，滿足規范要求。

4 結語

1)斜腿剛構既可以提供較大的橋下凈空，又有美化的景觀，在中等跨徑單跨跨線橋梁中，斜腿剛構不失為一種較優的選擇。2)斜腿主要承受軸力，中跨部分屬于偏壓構件，邊跨部分屬于彎拉構件，需要對強度、裂縫寬度等進行驗算。3)承載能力極限狀態強度驗算，正常使用極限狀態裂縫驗算及壓應力驗算，滿足設計要求，鋼筋混凝土斜腿剛構有較強的跨越能力，節約了預應力鋼材，無需張拉預應力鋼束。

[1]鄧平躍，陶納川.某斜腿剛構橋的設計與結構受力分析[J］.山西建筑，2010，36(16):321-322.

[2]李 健，邊 偉，劉重霄.斜腿剛構在跨線橋中的應用[J］.公路，2009(10):17-21.

[3]楊軍猛，郭俊峰.斜腿剛構橋受力特性研究[J］.交通科技，2011(1):13-16.