小半徑彎梁支座布置及結構分析

馬繼成

內蒙古交通設計研究院有限責任公司

小半徑彎梁支座布置及結構分析

馬繼成

內蒙古交通設計研究院有限責任公司

小半徑彎梁是當前城市交通中應用較多的一種橋梁結構，屬于典型的曲線橋梁。在對小半徑彎梁結構進行設計的時候，不僅需要考慮彎矩及剪力影響，還需要分析扭矩對橋梁結構穩定性的影響，以此來增強橋梁的抗傾覆能力。文章對小半徑彎梁的基本受力情況進行了詳細分析，指出了支座布置原則及要點，通過構建結構模型并計算，得到最為科學、可行的小半徑彎梁支座布置方案及結構設計方案。

小半徑彎梁；受力特性；支座布置；結構分析

基于城市交通運輸需求的不斷提高，市政道路橋梁已經難以滿足實際需求，其結構形式在不斷改進、創新，同時結構組成也變得更加復雜，匝道橋梁和曲線橋梁變得越來越常見，以小半徑彎梁在城市立交中的應用最為廣泛。相較于普通形態的橋梁結構，小半徑彎梁受到彎矩、扭矩、剪力等多種載荷作用，在運行使用過程中，經常出現支座移位、支座剪切變形等問題，降低了小半徑彎梁的整體承載能力，不利于保證橋梁的穩定性及安全性。所以，加大對小半徑彎梁支座布置及結構的分析研究力度，是非常重要且必要的。

1.小半徑彎梁基本受力情況

小半徑彎梁屬于曲線橋梁，從力學角度對小半徑彎梁結構進行分析時，主要是從其曲率方面考慮的。無論小半徑彎梁處于固定載荷狀態還是變化載荷狀態，其結構受力情況都與彎矩和扭矩有著之間關系，并且這種影響會隨著向心力大小的變化而發生改變。首先，小半徑彎梁受彎矩和扭矩的聯合作用影響。當小半徑彎梁在垂直于橫截面的方向上出現彎曲時，會因為曲率作用而發生扭轉，引起橋梁結構的變形。并且，當小半徑彎梁承受載荷時，彎矩和扭矩的聯合作用影響會更加明顯。其次，小半徑彎梁在扭矩作用下，橋梁內側與外側荷載分布不均衡，兩邊支座的反向作用力數值不相等，常常橋梁內側負反力的影響而出現支座脫空現象，難以發揮支座在橋梁整體結構的基礎作用。總的來說，小半徑彎梁的受力情況是比較復雜的，這些都是在進行結構設計和布置支座時需要考慮并解決的問題。

2.小半徑彎梁支座布置及結構分析

為確保小半徑彎梁支座布置及結構設計的科學性與合理性，以某小半徑彎梁為研究對象，對此進行了詳細分析。已知該小半徑彎梁為組合式箱梁結構，由三個跨徑組成，跨度均為22m。橋梁圓曲線半徑為48mm，橋面寬度和梁高分別為11m和1.5m，橋梁內側和外側均設有一個支座，起到邊界支撐作用。

2.1 模型構建

根據小半徑彎梁實際情況，依據各項參數，利用MIDAS軟件在計算機中構建模型進行計算。

2.2 受力分析

小半徑彎梁所受荷載分為固定荷載和變化荷載兩部分，在對橋梁結構進行受力分析時，需要進行綜合考慮。橋梁結構所受固定載荷主要包括其自身重力、橋面及防撞墻荷載、基礎變位和收縮徐變等。小半徑彎梁結構材料為混凝土，橋面材料為瀝青混凝土，兩者容重分別為26.25kN/m3和24kN/m3，并將兩者的偏載影響考慮在內，防撞墻材料為鋼筋混凝土，每一側所受荷載為15kN/m。在對小半徑彎梁基礎變位荷載進行計算時，是以0.01m作為瞬時不均勻沉降標準的，而橋梁的收縮徐變年限為10年。

在對小半徑彎梁結構所受變化荷載進行分析時，主要影響因素包括汽車載荷、溫度載荷、汽車沖擊力等。在汽車荷載方面，該小半徑彎梁所在道路的公路等級為－I級，車輛行駛方向為單向，按2車道加載，車道荷載加載方向沿其橫向方向，車道超載系數為1.15。在對溫度荷載進行分析時，從當地天氣氣候實際情況入手，橋梁建設完成時期，平均溫度為12—18℃，整體升溫25℃，整體降溫25℃，在選取日照溫差數值時，是以JTG D60-2012為標準。溫度梯度變化規律為：升溫T1=14℃、T2=5.5℃，降溫T1=—7℃、T2=—2.75℃。在對汽車沖擊力荷載進行計算時，依據特征值可以得到橋梁結構基頻為6.9Hz。

2.3 支座設置

在設置小半徑彎梁支座時，為避免出現支座脫空現象，需要對梁兩側支座相反作用力進行適當調整，具體實現方式為對支座進行偏心設置。此次研究中一共對四種支座設置方式進行分析，兩種方案中支座間距為3.5m，一種方案設置偏心為0.3m，一種不設置偏心，另外兩種方案支座間距為4.0m，偏心設置與另外兩種方案相同。小半徑彎梁的最大和最小支反力均出現在使用階段，假定支座最小反力控制值為100kN，對四種形式的支座的設計方案進行計算、分析，可以得到支座具體反力情況。對四種支座塞布置方案的計算結果進行總結，可知，支座支反力會隨著支座間距的增大而改善，并且對支座進行偏心設置，也可以增大其支反力。

2.4 結構計算

在對小半徑彎梁結構進行計算時，主要是從扭矩作用對其造成的影響進行考慮的，同時還需要對橋梁結構截面裂縫進行分析。在彎梁結構中，分析扭矩作用時，是以支座位置處為研究對象的，經計算得到最大扭矩和最小扭矩分別為6108.66KN.m和—6059.57KN. m，均小于規定的對應截面抗力，滿足結構抗扭設置要求。對彎梁結構截面裂縫進行計算，可以得到主梁最寬裂縫，其中主梁上側的最寬裂縫出現在中間支點位置處，其寬度為0.126mm，主梁下側的最寬裂縫出現在38節點截面位置處，其寬度為0.20mm，均小于規定的小半徑彎梁結構截面裂縫極限值，符合設計要求。

3.小半徑彎梁支座布置及結構設計原則

通過結合實例進行分析可知，在設計小半徑彎梁結構時，是要遵循一定的基本原則的。首先，如果設計空間較大時，應盡量增大彎梁曲線半徑，將半徑對彎梁結構的荷載影響降到最低。其次，如果設計空間有限，彎梁曲線半徑較小時，為避免出現支座脫空現象，則需要通過增大支座間距及對支座進行偏心設置，來增大最小支反力，以此來增強彎梁抗傾覆能力。另外，小半徑彎梁最大扭矩出現在支座附近，為增強支座抗扭性能，可以設置隔擋板。

結束語：

城市道路橋梁建設空間的不斷減小，使得小半徑彎梁形式的橋梁越來越多，已經成為城市市政道路橋梁建設必然發展趨勢。通過對小半徑彎梁支座布置及結構進行分析、計算，可以得到最為科學、合理的支座布置形式，有效的解決了支座移位、支座剪切變形等問題，具有較高的借鑒應用價值。

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