無橋臺斜腿剛架橋的受力分析及體會

吳小云，盧紅

（江西省交通規劃勘察設計院，南昌 330013）

無橋臺斜腿剛架橋的受力分析及體會

吳小云，盧紅

（江西省交通規劃勘察設計院，南昌 330013）

目前采用單孔跨徑較大的梁式橋方案，一般有連續梁、連續剛架兩種基本體系。無橋臺斜腿剛架橋從外形上可認為是橋墩斜置的三跨連續剛構，由于橋墩的斜置和增設了邊斜桿，使其結構受力特性發生了變化，受力狀態介于梁橋和拱橋之間。論文把無橋臺斜腿剛架橋與連續梁、連續剛架受力特點進行比較，并對無橋臺斜腿剛架橋的受力特點進行分析。

剛架橋；結構對比；受力分析

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.075

1 引言

目前采用單孔跨徑較大的梁式橋方案，一般有連續梁和連續剛架兩種基本體系。無橋臺斜腿剛架橋從外觀上看是橋墩斜置的三跨連續剛構，橋墩的斜置和兩側的邊斜桿，使其結構特性發生了變化，受力狀態介于梁橋和拱橋之間。設計過程中發現，這種結構的分跨比、邊斜桿布置、斜腿角度、基礎等有值得研究的地方，文章擬提出一些個人的看法和體會。

2 結構對比

為了說明無橋臺斜腿剛架橋在受力上的優點，我們把它與連續梁、連續剛架在等截面并且總跨長相同的情況下做了定性的對比，假定如下：邊中跨比為0.6，EI=1，EA無窮大，橋面施加均布載q=1，如圖1所示，計算后取出彎矩和軸力進行比較，如圖2和圖3所示。

3 受力分析及體會

3.1 分跨比

在觀察此類橋型計算的彎矩包絡圖時，發現：主梁中的彎矩與三跨彈性支承連續梁（或連續剛構）相似。當中跨偏大（邊跨偏小）時，中跨主梁的最大彎矩差值較大，斜腿上部的彎矩也較大。反之，中跨偏小（邊跨偏大）時，中跨主梁的最大彎矩減小，而邊跨主梁中的最大彎矩增大。由于邊跨主梁是拉彎構件，不宜承受過大的彎矩。因而，確定分跨比就存在一個優化問題。

邊斜桿和斜腿的彎矩隨分跨比增大，呈現出受雙向異號彎矩，計算表明，當分跨比在0.5~0.6之間時，其彎矩絕對值達到最小值，且邊斜桿和斜腿處在受壓狀態，利于混凝土截面的受力模式。

3.2 主梁

該橋結構彎矩圖雖與連續梁、連續剛構的主梁彎矩圖相似，但主梁的彎矩峰值比連續梁、連續剛構的彎矩峰值要小，這是因為邊斜桿將主梁固結，限制其變形，使其邊跨的負彎矩和正彎矩的絕對值均小于相應連續梁、連續剛構的主梁彎矩；中跨由于斜腿提供的強大壓力，使得其彎矩也偏小。

主梁在橋面寬較小時常用“T”型或“π”型，橋面寬較大時常用多肋型或箱型，立面一般采用變截面形式，跨中梁高同斜腿支承處梁高比值一般在0.4~0.5之間，比連續梁和連續剛構要略小些。

3.3 斜腿

斜腿不同于其他豎直的橋墩：斜腿的軸向力可分解一個水平分力，使中跨主梁承受水平壓力。當斜腿的豎向傾角很小（斜腿陡）時，水平分力就較小，此時與門式剛架比較接近，顯然未充分發揮該結構的特長；但斜腿的豎向傾角過大（斜腿坦）時，水平分力就較大，對橋墩受力極為不力。

從主梁受力結果分析，斜腿豎向傾角增大是有利的：中跨主梁的彎矩和邊跨主梁的拉力變化不明顯，而中跨主梁卻能獲得較大的軸向壓力，為此應當適當增大斜腿傾角（斜腿坦）。但隨著傾角的增大，下部結構水平推力也逐漸增大，對基礎不利，故不宜取較大值。

由于斜腿剛架橋中跨的受力與拱橋有些相似，拱橋的矢跨比不宜過小，常用1/5~1/6。理論上當m=2.24、f/L=1/6時，拱腳的水平傾角大致是45°。無橋臺斜腿剛架橋由于邊斜桿的存在，其單向水平力比相應拱橋小，因此斜腿豎向傾角可適當增大些（斜腿坦），但傾角增大會造成下部基礎的水平推力以及斜腿上端截面的彎矩也會隨之增大，因而應根據地質情況、外觀布置等因素，綜合考慮將斜腿的豎向傾角采用在35°~45°之間為宜。

斜腿在立面尺寸上宜取上寬下窄，不僅是受力的需要，而且在景觀上也有不錯的效果。

3.4 邊斜桿

無橋臺斜腿剛架橋的基礎推力比連續梁、連續剛構要大許多，但由于邊斜桿固結作用，相當部分斜腿和基礎的水平推力和基礎被平衡掉了，而且兩側邊斜桿均埋置于路堤中，其土壓力也有利于減小基礎的不平衡推力（建議設計時不考慮）。

一般做法是將其沿路堤斜坡設置，一般為1∶1.5或1∶1，定邊斜桿的尺寸和位置也一般等主梁和斜腿的尺寸定好后，根據實際情況進行布置。

3.5 基礎

圖1 結構示意

圖2 彎矩對比

圖3 軸力對比

一般選擇單排樁或多排樁，多排樁穩定性好，抗彎剛度較大，能承受較大的水平荷載，水平位移小，但多排樁的設置將會增大承臺的尺寸，增加施工困難；單排樁與此相反，能較好地與結構形式配用，可節省圬工，減小作用在樁基的豎向荷載。

應該指出，此種橋型的基樁是受斜向荷載作用的，不僅其水平分力使得樁身產生較大的彎矩和撓曲變形，豎向分力也會由于樁身撓曲變形的出現而產生附加彎矩，而附加彎矩又將影響到樁身撓曲變形的增加。此外，樁側土體的彈性抗力分布也非常復雜，在工程中往往采用簡化的計算方法，即將樁頂豎向分力和水平向分力分開計算，顯然這種計算方法只適用于線彈性小的變形情況，具有一定的局限性。

4 結語

隨著這種結構形式的不斷推廣，無橋臺斜腿剛架橋必將朝著大跨徑方向發展，主要的影響因素有三個。因素一，推力對下部基礎的不利。考慮方法：采用豎直樁與斜樁配合的形式將明顯增加樁基抗水平力的能力和穩定性；還可將兩承臺用系梁連接起來，對于地質條件較差的情況可與樁基方案進行比對。因素二，邊跨是不利的彎拉構件。考慮方法：采用張拉預應力束可以解決；采用組合結構減輕自重。因素三，超靜定結構產生的自內力。考慮方法：改進施工方法，可以釋放掉相當的約束內力。

【1】凌治平.基礎工程[M].北京：人民交通出版社，1997.

【2】趙明華.橋梁樁基計算與檢測[M].北京：人民交通出版社，2000.

【3】李靖森.橋梁結構綜合計算中柔性深基礎支承模型的建立[J].公路，1994（4）：55-57.

Stress Analysis on Non Abutment Slant Legged Rigid Frame Bridge

WUXiao-yun,LUHong
(JiangxiTransportationPlanningReconnaissanceandDesignInstitute,Nanchang330013,China)

At present, the single hole span large beambridge scheme, generallyincludingcontinuousbeam, and continuous rigid frame two basic systems.The non abutment slant legged rigid frame bridge isa three span continuous rigid frame of bridge pier fromthe appearance.Due to the pier inclined and the addition of the diagonal rod, stress characteristic has changed,leading the stress is state between beam bridge and arch bridge.In this article,the non abutment slant legged rigid frame bridge ,continuous beam and continuous rigid frame stress characteristics are compared. And analysis the force characteristics of the non abutment slantleggedrigidframebridge.

steelbridge;structurecomparison;stressanalysis

TU2，U448.36

A

1007-9467（2016）07-0120-02

2016-6-6

吳小云（1980～），男，江西萬年人，工程師，從事道路與橋梁設計及研究，（電子信箱）55527910@qq.com。