客運專線大跨預應力混凝土曲線連續梁曲線半徑敏感性分析

董華縣 中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北 武漢 430063

客運專線大跨預應力混凝土曲線連續梁曲線半徑敏感性分析

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曲線梁由于彎-扭耦合效應，其設計與計算比常規直線梁計算復雜許多，隨著客運專線建設的快速發展，研究曲線連續梁的各項力學指標對曲線半徑的敏感性非常必要，這對指導我們的曲線連續梁有著重要的意義。本文著重對連續梁的支座反力及梁體橫向位移對曲線半徑的變化情況進行分析，得出結論。

曲線連續梁；支座反力；橫向位移；曲線半徑；敏感性

引言

近年來，鐵路客運專線建設取得了巨大的成就，由于拆遷成本的問題，以及客運專線對于線路線形平順性的依賴性，使得曲線連續梁的使用越來越頻繁，應用半徑范圍也越來越廣泛。眾所周知，曲線梁的受力比較復雜，最為突出的就是“彎-扭耦合”效應，另外曲梁內外側反力相差很大，極端情況下甚至會出項梁體與支座的脫空現象，如果設計不合理甚至會出現梁體傾覆，從而釀成重大安全事故。這就需要我們對曲線梁對于各種半徑的適應性有較為系統的認識，從而使我們的曲線梁設計更加合理，科學。

1 算例

本文將以雙線48+80+48m大跨預應力混凝土連續梁為例，列車時速取250km/h，針對各種曲線半徑情況用M IDAS建立空間梁單元模型，如圖1，并進行受力分析，從而得出結論。模型簡介：主梁采用單箱單室變截面箱梁，箱梁頂板寬13.4m，底板寬6.7m，支點梁高6.65，頂板厚0.4m，腹板厚0.9m，底板厚1.0m，跨中梁高3.85，頂板厚0.4m，腹板厚0.48m，底板厚0.4m，各墩編號從左往右依次為1#、2#、3#、4#，固定支座設于2#墩上。

圖1 曲線梁模型示意圖

2 計算結果

成橋階段各支座反力見表1。

表1 成橋荷載作用下支座豎向反力表

圖1 1#墩（邊墩）成橋支座反力變化圖

圖2 2#墩（中墩）成橋支座反力變化圖

從上表可以看出，對于3跨曲線連續梁，邊墩為外側支座反力大，中墩為內側支座反力大。曲線半徑從∞變化到1000m時，恒載作用下的支座反力變化不大，邊墩在半徑R=1000m時，內外支座反力差值達到3.4%，中墩在半徑R=1000m時，內外支座反力差值達到4.5%。

運營階段各支座反力如下表。

表2 恒載+活載作用下支座豎向反力表Fzmax（kN）

表3 恒載+活載作用下支座豎向反力表Fz-min（kN）

圖3 1# 墩（邊墩）運營支座反力變化圖

圖4 2#墩（中墩）運營支座反力變化圖

由上面圖表中數據可以看出，半徑R在1000m～8000m范圍內變化時，未出現支座脫空現象，邊跨最小支座反力為1626.7kN，中跨最小支座反力為19544.1kN，運營階段內外側支座反力差別較大，邊墩內外側最大支反力在R=1000時，相差16.1%，中墩內外側最大支反力在R=1000時，相差6.1%。

離心力產生的橫向水平力及橫向位移見圖5和圖6。

圖 5 離心力產生最大橫向水平力變化圖

圖6 離心力作用下橫向位移變化圖

分析結果顯示，離心力產生的支座橫向水平力隨半徑變化極為顯著，R=1000m時，邊墩最大橫向水平力為994.6kN，中墩最大橫向水平力為2844.1kN。

由上面圖表可以看出，邊跨跨中橫向位移隨曲線半徑變化并不大，R=1000m時，曲線外側方向最大橫向位移為0.858mm，曲線內側方向最大橫向位移為0.723mm。中跨跨中曲線外側橫向位移隨曲線半徑變化比較明顯，R=1000m時，曲線外側方向最大橫向位移為2.689mm，曲線內側方向最大橫向位移為0.887mm。

3 結語

經過以上對比分析可知，曲線梁內外側最大支座反力差別隨曲線半徑變化比較明顯，高速列車行駛時離心力產生的水平力更是大得驚人，因此我們在對支座的選取時要充分考慮支座的橫向水平力承受能力。曲線連續箱梁的在離心力作用下的橫向變位并不是很大，在半徑為1000時，中跨跨中的橫向位移不超過3mm，可見對于曲線梁選取箱梁截面能提供較大的剛度。

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

[2 ] 歐陽尚賢. 連續曲線梁橋設計淺談[J].四川建材.2006 (2) :2052206

[3] 姚慧.客運專線長大跨度曲線連續梁結構分析[J].交通科技.2008(4): 7-9

[4] 譚萬,張佐漢,柯在田.平面曲線梁橋溫度變形與支承體系布置探討[J]. 鐵道建筑.

2005(4) :7-9

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.10.044

董華縣 湖北襄陽人，工學碩士，20 09年畢業于中南大學，長期從事橋梁設計工作。