墩身剛度對(duì)小半徑彎箱梁的受力影響

張 彥

(同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司，上海 200092)

墩身剛度對(duì)小半徑彎箱梁的受力影響

張 彥

(同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司，上海 200092)

結(jié)合工程實(shí)例，為分析墩高對(duì)結(jié)構(gòu)受力的影響，建立了不同的墩高模型，通過對(duì)多個(gè)模型的計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析，研究了墩身剛度對(duì)小半徑彎橋箱梁的受力影響，為城市立交匝道的設(shè)計(jì)提供了計(jì)算依據(jù)。

小半徑彎橋，墩身剛度，反力

隨著我國城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展，社會(huì)對(duì)城市交通系統(tǒng)的要求隨之急速增加。為適應(yīng)這種發(fā)展，各地投入設(shè)計(jì)并施工了大量的城市高架立交系統(tǒng)，對(duì)于緩解城市交通壓力起到了很大的作用。在大型立交的設(shè)計(jì)，尤其是互通立交匝道中，不可避免地遇到彎橋設(shè)計(jì)的問題。

1 概述

某工程是位于鄭州地區(qū)的一座互通立交，兩條主線分別為南北向及東西向，道路等級(jí)為城市快速路，設(shè)計(jì)車速80 km/h。主線間通過設(shè)計(jì)的八條匝道實(shí)現(xiàn)互通。其中四條左轉(zhuǎn)匝道均為小半徑彎橋。

匝道橋?yàn)殡p向車道，設(shè)計(jì)車速40 km/h，寬8.5 m，兩側(cè)設(shè)50 cm寬防撞墻。道路設(shè)計(jì)最小平彎半徑50 m，橫坡2%。

橋梁設(shè)計(jì)荷載為城—A級(jí)，安全等級(jí)Ⅰ級(jí)。

上部結(jié)構(gòu)采用整體式鋼筋混凝土箱梁，滿堂支架施工，標(biāo)準(zhǔn)跨徑為3×20 m=60 m，梁高1.6 m。懸臂長1.7 m，腹板寬度為0.4 m～0.6 m，頂板厚0.22 m，底板厚0.22 m，端橫梁寬1.2 m，中橫梁寬2.2 m。

匝道各墩均采用橫橋向雙支座的支承方式，支座間距2 m。

橋墩采用花瓶形實(shí)心墩，墩底截面為啞鈴形斷面，順橋向?qū)挾?.7 m，橫橋向?qū)挾?.9 m。橋墩墩頂橫向開花，上設(shè)支座。

矩形承臺(tái)尺寸為5.4 m×2.4 m×2 m，承臺(tái)下設(shè)兩根D1.2 m鉆孔灌注樁。

2 模型介紹

為了分析墩高對(duì)結(jié)構(gòu)受力的影響，擬對(duì)不同墩高的模型進(jìn)行結(jié)果比對(duì)，以分析其中的規(guī)律。

計(jì)算采用Midas8.0.5作為分析軟件，對(duì)恒載、汽車活載以及標(biāo)準(zhǔn)組合下的支座反力進(jìn)行對(duì)比，從而分析歸納墩身高度對(duì)支反力的影響。模型準(zhǔn)確模擬了道路平面轉(zhuǎn)彎半徑、箱梁自重、支座布置及墩高。

本文主要分析墩身剛度的變化對(duì)反力的影響，并不涉及墩身自身的受力，因此近似采用矩形斷面模擬墩身截面。墩身材料容重取零，剔除了不同墩高的墩身重量對(duì)墩底反力的影響。

模型中橋墩沿車輛行駛的方向依次編號(hào)為P1～P4。

模型簡介見表1。

表1 模型簡介

3 計(jì)算分析

通過對(duì)上述3個(gè)模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如下。

1)墩高對(duì)恒載反力的影響。

表2 恒載作用下墩底豎向反力 kN

由表2結(jié)果可知，墩身剛度對(duì)恒載作用下的結(jié)構(gòu)反力的影響很小，可以忽略不計(jì)。

2)墩高對(duì)汽車活載反力的影響見表3。

表3 汽車作用下墩底反力 kN

通過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，模型①～模型③，隨著墩身高度遞增、剛度遞減，汽車活載產(chǎn)生的墩底豎向反力隨著墩身剛度的變化反應(yīng)很小，幅度在1%～2%，其余方向的反力由于支座設(shè)置的因素絕對(duì)值較小。

而墩底橫橋向彎矩則隨墩身剛度的變化有不同的響應(yīng)：a.端橫梁的墩底彎矩影響較小，幅度在5%～10%以內(nèi)；b.中墩墩底彎矩受墩身剛度的影響較大，剛度越小，彎矩越小，降幅在34.7%左右，但隨著墩高的增加，墩底彎矩減小的幅度趨緩；c.固定墩承受一定程度的扭矩，趨勢與彎矩類似，其余方向的彎矩較小，可以忽略不考慮。

3)墩高對(duì)體系升溫工況的反力的影響。

通過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，模型①～模型③，墩身高度遞增、剛度遞減，體系升降溫產(chǎn)生的墩底豎向反力的差別可以忽略不計(jì)；但隨著墩身高度的增加，墩身柔度影響使得支座水平反力大幅下降，模型①由于墩身剛度為無限大，因此支座的水平反力較模擬墩身剛度的模型②、模型③來說，有較大的突變。

墩身剛度的減小也有利于釋放墩底的橫橋向彎矩及扭矩，但唯一例外的是縱橋向約束支座所在的P3墩的縱橋向彎矩，不模擬墩身剛度的模型中為0，模擬墩身剛度后出現(xiàn)了反力。

4)墩高對(duì)體系升溫工況的反力的影響。

通過對(duì)模型①～模型③的墩底反力分析，橋面板梯度升溫產(chǎn)生的墩底豎向反力隨墩高的增加而減少，減少幅度在7.9%～13%；同時(shí)，通過模擬橋墩的剛度，可以釋放橋面板溫度梯度產(chǎn)生的支座水平力。

溫度梯度產(chǎn)生的橫橋向彎矩在模型①中集中在中墩，當(dāng)模擬墩身剛度后，有向過渡墩均布的趨勢，且隨墩身剛度的減少，分布更為均勻。

模型①中縱橋向約束墩的墩底有不小的扭矩，當(dāng)考慮墩身剛度后，扭矩得到釋放，且隨著墩高的增加而減少。

4 結(jié)語

1)墩身的剛度基本上不影響恒載的反力分配。2)墩身的剛度對(duì)汽車活載下墩底的反力影響不大，計(jì)算時(shí)可不考慮。3)墩身的剛度對(duì)直接及間接活載下墩底的橫橋向彎扭矩有較大的影響，因此在計(jì)算小半徑彎橋的樁基受力時(shí)，墩高的影響應(yīng)予以充分考慮。綜上所述，對(duì)于小半徑彎橋的總體計(jì)算，由于箱梁的自重占總體受力的比重相對(duì)較小，直接及間接活載對(duì)下部基礎(chǔ)的受力的影響相應(yīng)提高，因此，計(jì)算時(shí)墩身剛度對(duì)反力分配的影響不可忽視，應(yīng)給予足夠的重視。

[1] 項(xiàng)海帆.高等橋梁結(jié)構(gòu)理論[M].北京：人民交通出版社，2001.

The force influence of pier stiffness to small radius curved box girder

Zhang Yan

(ArchitecturalandDesignResearchInstitute,TongjiUniversity(Group)LimitedCompany,Shanghai200092,China)

Combining with the engineering example, this paper analyzed the influence of pier height to structure stress, established the different pier height model, through the comparison and analysis on calculation results of multiple models, researched the force influence of pier stiffness to small radius curved box girder, provided calculation basis for city interchange ramp design.

small radius curved bridge, pier stiffness, counter-force

2015-02-08

張 彥(1980- )，女，工程師

1009-6825(2015)12-0184-02

U443.22

A