斜交角度對異形斜梁橋支點反力的影響分析

韓焜焜 賈艷敏 欒兆健

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

斜交角度對異形斜梁橋支點反力的影響分析

韓焜焜 賈艷敏 欒兆健

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

利用ANSYS有限元軟件分別建立了兩端支承邊斜度不等的異形斜交箱梁橋模型，在一期恒載作用下，分析了邊支座和中支座的支點反力，得出異形橋的邊支座反力均大于斜交橋的邊支座反力，且隨著斜交角度的增大，兩者的比值呈增長的趨勢，中支座反力隨著斜交角度的增大而增大，最大支反力總是出現在靠近鈍角一側的中支座處。

斜交箱梁，支點反力，斜度，ANSYS

隨著交通事業及城市建設的迅猛發展，特別是大量立體及平面交叉橋梁的修建，使得中、小橋梁的結構形式越來越注重于路線線形，行車舒順和美觀要求，在橋梁設計中，往往采用斜梁、彎梁、異形梁等復雜形式橋梁結構[1]。采用異形橋梁結構與路線連接，可以達到使結構線形順暢，減少對交通影響的目的。近年來，隨著預應力混凝土箱形梁的大量應用，兩端支承邊斜度不等的直斜橋出現了一些問題，主要表現為：支座擠出錯位，梁體出現裂縫，橋臺樁基礎開裂等[2]。這類異形橋具有與直線橋不同的受力性能，因此，對它們進行深入的研究具有重要的意義[3]。

本文以某三跨連續異形斜交箱梁橋為研究對象，運用ANSYS建立不同斜度的實體模型進行對比分析，研究該類兩端支承邊斜度不等的直斜橋支點反力的分布規律。

1 模型建立

1.1 斜交橋模型

知行橋為一預應力混凝土A型連續斜支承梁[4]，跨徑組合為17.5 m+32 m+16 m，一端斜度為30°，另一端斜度為15°，是兩端支承邊斜度不等的異形橋。橫斷面為單箱雙室截面，箱梁頂板寬12 m，底板寬7.5 m，梁高1.45 m。混凝土采用C50混凝土，整體支架現澆，預應力鋼絞線采用標準抗拉強度為1 860 MPa的鋼絞線，設計荷載等級：公路Ⅱ級[5，6]。全橋整體布置見圖1，支座1約束方向為dz，支座2的約束方向為dy，dz，支座3的約束方向為dx，dz，支座4的約束方向為dx，dy，dz。計算程序采用ANSYS大型通用有限元程序，建立一端斜度為30°，另一端斜度為15°的三跨連續梁有限元空間實體模型，混凝土采用Solid95體單元進行模擬，在預應力作用下，梁體主要表現為彈性變形，故建立線性彈性本構關系模型。鋼束通過Link8單元進行模擬，把一個腹板內的多根鋼束等效成一根大鋼束，然后通過節點耦合，把鋼束的節點與臨近的混凝土節點進行耦合，實現預應力筋單元與混凝土單元的粘結[7，8]。對鋼束施加應變荷載，起到張拉鋼束的作用。鋼束外形見圖2，耦合后的全橋計算模型見圖3。

1.2 模型結果與實測數據對比分析

知行橋開始施工前，在橋梁鋼筋骨架綁扎時，將應變傳感器綁扎在對應位置，應變傳感器在橋梁縱向的布置見圖4，采用JMZX-215AT智能弦式數碼混凝土應變計，實測各測試測點的混凝土應變。為了驗證ANSYS實體模型的可靠性，對知行橋在一期恒載作用下的模型數據與實測應力值進行對比，橫截面位置取橋梁中線箱梁下翼緣處應變讀數。計算對比結果見表1。

表1 實測應力值與模型數據對比 MPa

由表1實測應力值與有限元模型計算數據對比可知，最大誤差約為7.8%，數據吻合較好，說明模型建立的比較準確。

2 計算結果分析

分別建立不同斜度(一端斜度為15°，另一端斜度為0°，15°，30°，45°)的混凝土連續箱梁橋模型，對比分析不同的斜交角度對異形斜交箱梁橋支點反力的影響。ANSYS異形橋空間模型如圖5所示，斜交橋空間模型(兩邊支承邊斜度同為15°)如圖6所示。

據表2，在一期恒載作用下，隨著斜交角度的增大，支座1的支承反力迅速增加，在0°，30°，45°時支座1的豎向反力分別為斜交橋(兩邊支承邊斜度同為15°)情況下的1.02倍，1.05倍，1.16倍。而支座2的變化趨勢較支座1小，在0°，30°，45°時支座2的豎向反力分別為斜交橋情況下的1.01倍，1.05倍，1.05倍。邊支座支點反力變化趨勢見圖7。

表2 邊支座一期恒載作用下支點反力

斜交角度/(°)支座1支座200.56060E+060.53239E+06150.54940E+060.52880E+06300.57458E+060.55685E+06450.63732E+060.55754E+06

表3 中支座一期恒載作用下支點反力

據表3，在一期恒載作用下，斜交角度對中支座支點反力影響較大，支座3、支座4的反力隨著斜交角度的增大而增大，靠近鈍角邊一側的支座3反力比支座4反力大，且支座3反力的增加趨勢較支座4反力的增加趨勢明顯。在0°，30°，45°是支座3的豎向反力分別為斜交橋(兩邊支承邊同為15°)情況下的0.92倍，1.07倍，1.18倍，支座4的豎向反力分別為斜交橋情況下的0.97倍，1.01倍，1.04倍。中支座支點反力變化趨勢見圖8。

3 結語

通過對ANSYS建立的實體模型分析研究，得出以下結論：

1)在一期恒載作用下，異形橋的邊支座反力均大于斜交橋(兩邊支承邊斜度同為15°)的邊支座反力，且隨著斜交角度的增大，兩者的比值也呈增長的趨勢。異形橋與斜交橋的中支座反力隨著斜交角度的增大而增大。

2)異形橋與斜交橋支座反力隨斜交角度的變化趨勢總是在鈍角一側表現的較銳角一側更加明顯，且最大支座反力總是出現在靠近鈍角一側的中支座處，因此，該處支座的設置應特別注意，選用承載力較大的支座。

[1] 張 睿.空間預應力束作用下箱梁橫向應力分析[D].北京：北京交通大學，2011.

[2] 秦懷仁.大角度斜交橋的病害成因與整治措施[J].安徽建筑工業學院學報(自然科學版),2006(6)：67-68.

[3] 陳翰新.異形箱梁橋力學行為研究[J].重慶交通學院學報,2005(6)：71-72.

[4] 姚玲森.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2008：7.

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

[6] 賈艷敏，高 力.結構設計原理[M].北京：人民交通出版社,2004.

[7] 王富萬.基于ANSYS的梁格計算方法研究與應用[D].武漢：華中科技大學，2006.

[8] 王新敏.ANSYS工程結構數值分析[M].北京：人民交通出版社,2007.

Analysis on the impact of inclination upon special-shaped skew beam bridge support reaction

HAN Kun-kun JIA Yan-min LUAN Zhao-jian

(CollegeofCivilEngineering,NortheastUniversityofForestry,Harbin150040,China)

The paper respectively establishes special-shaped skew beam bridge model with unequal support edge inclination by applying ANSYS finite element software, analyzes the support reaction of side support and middle support under the eternal load action during the first period, and obtains that the side support reaction of special-shaped bridge is bigger than that of skew bridge; furthermore, with the inclination increasing, the rate of the two will increase, the middle support reaction will increase with the inclination increasing; in addition, the maximum support reaction always occurs in the middle support nearing the obtuse angle side.

skew box girder, support reaction, inclination, ANSYS

1009-6825(2014)11-0178-02

2014-02-02

韓焜焜(1990- )，男，在讀碩士； 賈艷敏(1962- )，女，博士，博士生導師，教授； 欒兆健(1988- )，男，在讀碩士

U448.213

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