大曲率連續(xù)剛構(gòu)人行天橋受力分析

戚澤遠(yuǎn)

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

1 前言

近幾年來，隨著國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，各地的城市化運(yùn)動也是如火如荼。城市里房屋密集，路線復(fù)雜，交叉口眾多，交通運(yùn)輸能力是一個城市能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵,由于受周圍環(huán)境的限制，同時也需要考慮到景觀的要求，立體交通是一個常見的、合理的方案。在城市中的立交橋工程中，由于結(jié)構(gòu)比較密集，路線繁多，且各種公共設(shè)施和管道密布，因而在設(shè)計立交橋時，其橋墩幾乎都是預(yù)先指定位置甚至是指定尺寸，線形的曲折幾乎不可避免，此時就需要建造曲線型橋梁。曲線橋梁中，橋跨的重心并不在兩墩連線的中點上，即使在自重作用下，橋跨也會產(chǎn)生扭矩，無論在恒載或活載作用下，彎曲和扭轉(zhuǎn)總是耦合的，這導(dǎo)致曲線橋的內(nèi)力和變形計算趨于復(fù)雜化，故曲線橋一般采用具有良好抗扭性能的箱形斷面。然而，曲線橋鋼箱梁的各個腹板內(nèi)力分配比直線橋更加復(fù)雜，給設(shè)計造成一定的難題。本文以上海某一大曲率鋼箱梁連續(xù)剛構(gòu)人行天橋為背景，分析天橋受力的分配情況，為工程設(shè)計提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

2 曲線梁受力分析

2.1 工程概況

本橋跨徑組合為（2.9+31.839+36+24+36.167+0.6）=131.506m。主橋中心線為平面S形曲線：5.692m直線+29.322m圓弧（R=21m）+43.73m直線+29.322m圓?。≧=21m）+23.441m直線。考慮到曲線橋易出現(xiàn)支座負(fù)反力，此橋采用P1～P4墩墩頂與梁底固結(jié)的連續(xù)剛構(gòu)形式，P5墩處設(shè)壓重抵消負(fù)反力（本文意在分析結(jié)構(gòu)的受力分配問題，故計算模型中暫不計入壓重，可能P5墩會出現(xiàn)負(fù)反力，但不影響結(jié)論），其中P1、P3、P5墩位于直線段，P2、P4墩位于曲線段。主梁采用等高度鋼箱梁，梁高1.4m，箱梁全寬9.34m。

由于空間限制，橋梁的P1～P4墩的尺寸最大只能做成1.4m（橫橋向）×1.0m（縱橋向），立柱的橫橋向?qū)挾?.4m僅兩道中腹板的間距相等，所以墩頂橋梁腹板的受力分配情況是設(shè)計的關(guān)鍵所在。

2.2 板單元模型

本橋采用Midas Civil按照實際跨徑分別建立曲線橋和直線橋兩個板單元模型，分析相同條件下曲線橋和直線橋腹板間內(nèi)力分配的不同。模型共有節(jié)點7410個，單元9120個，墩墩柱與基礎(chǔ)之間是彈性支撐，各個方向的剛度采用按“m”法計算的樁基實際剛度。橋梁共四跨，P1～P4為墩梁固結(jié)，P5墩為雙支座支撐。腹板共四道，兩道邊腹板，兩道中腹板，腹板編號按方向為1～4號。

2.3 支撐反力分析

恒載分布比較均勻，從恒載在各個墩位的分配可以清晰地看出結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分配情況。取計算模型的恒載（自重+二期）作用下支撐反力分析，見表1：

表1 各墩位處支撐反力計算結(jié)果

表1列出了相同跨徑的曲線橋和直線橋支撐反力的計算結(jié)果。由于P1～P4墩處是墩梁固結(jié)，P1～P4墩給出的是墩底反力，P5墩給出的是支座反力。對比結(jié)果可得以下結(jié)論：

（1）相同跨徑下，曲線橋和直線橋的豎向反力分布基本一致，說明橋梁的曲率對結(jié)構(gòu)豎向力力的分配影響很小。

（2）曲線橋在橫橋向存在橫向反力，橫向反力沿曲梁的彎曲徑向方向，但是數(shù)據(jù)均不大，基本在該處豎向力的5%以內(nèi)，對設(shè)計影響不大。直線橋墩底無橫向反力。

2.4 箱梁腹板剪力分配分析

分析箱梁腹板剪力分配的目的是更好的分析墩梁固結(jié)處的受力情況，由于固結(jié)處存在應(yīng)力集中效應(yīng)，取P2～P4墩距墩頂2m處作為分析點，分析恒載（自重+二期）作用下箱梁腹板的剪力分配情況。

2.4.1 直線橋腹板剪力分配

直線橋腹板剪力的計算結(jié)果見表2與表3.

表2 直線橋P2～P4墩腹板剪力計算結(jié)果（單位：kN）

表3 直線橋P2～P4墩腹板剪力分配表

由表2、表3可見直線橋的腹板剪力分配比較規(guī)律，由于立柱寬度僅與兩道中腹板的距離相等，所以剪力主要集中在中腹板，中腹板共分配剪力約67%～69%，邊腹板分配剪力約31%～33%。每道中腹板所分配的剪力基本為每道邊腹板的兩倍，而且分配的比例幾乎不會隨著墩位的不同而變化。

2.4.2 曲線橋腹板剪力分配

曲線橋腹板剪力的計算結(jié)果見表4與表5.

表4 曲線橋P2～P4墩腹板剪力計算結(jié)果（單位：kN）

表5 曲線橋P2～P4墩腹板剪力分配表

表5顯示曲線橋每個墩位處每道中腹板所分配的剪力基本為每道邊腹板的兩倍，這個比例基本與直線橋一致。但是，P2、P4墩處兩道中腹板分配的剪力明顯不同，彎曲內(nèi)側(cè)的中腹板基本比彎曲外側(cè)的中腹板大15%～20%。P3墩處于直線段，所以腹板分配比例與直線橋基本一致。

可知，在曲線橋的直線段的墩位，腹板剪力分配情況與直線橋基本一致；在曲線段的墩位，彎曲內(nèi)側(cè)的中腹板基本比彎曲外側(cè)的中腹板大15%～20%。

3 結(jié)論

本文以上海某大曲率鋼箱梁連續(xù)剛構(gòu)人行天橋為背景，通過建模計算，分析了曲線橋、直線橋受力分配的情況，主要得到了以下結(jié)論：

（1）相同跨徑下，曲線橋和直線橋的豎向反力分布基本一致；曲線橋在橫橋向存在橫向反力，橫向反力沿曲梁的彎曲徑向方向，但是數(shù)據(jù)不大，對設(shè)計影響不大。

（2）直線橋的腹板剪力分配比較規(guī)律，剪力主要集中在中腹板，每道中腹板所分配的剪力基本為每道邊腹板的兩倍，而且分配的比例幾乎不會隨著墩位的不同而變化。

（3）曲線橋每個墩位處每道中腹板所分配的剪力基本為每道邊腹板的兩倍，此比例基本與直線橋一致。但是，兩道中腹板分配的剪力有所不同，彎曲內(nèi)側(cè)的中腹板基本比彎曲外側(cè)的中腹板大15%～20%。

可以看出，與直線橋相比，曲線橋在內(nèi)力分配上與直線橋差距并不大（支座反力分配基本一致，豎向反力彎曲內(nèi)側(cè)中腹板僅比彎曲外側(cè)的中腹板大15%～20%），設(shè)計時僅是考慮橋梁上部結(jié)構(gòu)的整體性以解決彎橋的彎扭耦合問題，另外考慮墩梁固結(jié)處的局部受力問題即可。

[1]CJJ 69-1995. 城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范[S].1996.

[2]GB50017-2003. 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].2003.

[3]CJJ 11-2011. 城市橋梁設(shè)計規(guī)范[S].2011.

[4]GB/T 714-2008. 橋梁用結(jié)構(gòu)鋼[S].2008.