高原寒冷地區(qū)曲線梁橋的支座受力分析

馬清祥 海顯勛

(1.青海交通投資有限公司，青海 西寧 810001； 2.青海交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，青海 西寧 810001)

1 概述

橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)通過(guò)橋梁支座連接成一體，使得來(lái)自上部結(jié)構(gòu)的荷載通過(guò)橋梁支座傳遞給下部結(jié)構(gòu)，因此支座的質(zhì)量和性能對(duì)橋梁的使用性和耐久性產(chǎn)生直接影響。有關(guān)的理論分析與計(jì)算表明，支座的穩(wěn)定性與支座形狀參數(shù)、橡膠物理性能、支座水平變位和豎向荷載等多個(gè)因素有關(guān)，且在不同參數(shù)取值范圍內(nèi)有很大變化，所以對(duì)不同的支座，為保證其穩(wěn)定性，適宜采用不同的水平變位和豎向壓力的限值。基于此，本文以高原寒冷地區(qū)曲線梁橋?yàn)檠芯繉?duì)象，展開(kāi)曲線梁橋支座受力分析研究。

2 曲線梁橋的支座受力計(jì)算

2.1 橋梁概況

對(duì)大武至久治公路門(mén)堂大橋(曲線梁)橋梁支座的受力性能進(jìn)行分析。計(jì)算模型計(jì)算參數(shù)：鋼筋混凝土箱梁橋，C50混凝土，橋梁跨度為：5×20 m連續(xù)箱梁，橋梁寬度為17.5 m，橋梁的彎曲半徑為600 m。設(shè)計(jì)荷載為公路—Ⅰ級(jí)車輛荷載，設(shè)計(jì)車道兩車道，計(jì)算車道荷載為均布荷載10.5 kN/m，集中荷載300 kN，支座采用圓板式橡膠支座，型號(hào)為d350×63 mm。

2.2 曲率半徑600 m模型計(jì)算

采用Midas/Civil 進(jìn)行有限元分析，每個(gè)墩臺(tái)上設(shè)2個(gè)支座，用梁?jiǎn)卧獊?lái)模擬梁體受力狀態(tài)，取單箱梁進(jìn)行支座受力分析。共有節(jié)點(diǎn)49個(gè)，單元42個(gè)，橡膠支座采用彈性連接進(jìn)行模擬，根據(jù)剪切模量和尺寸、形狀系數(shù)計(jì)算出各個(gè)方向的剛度值。曲率半徑為600 m的橋梁模型如圖1所示。

本文考慮車輛中載和偏載兩種工況，計(jì)算分析各工況下的支座反力以及梁體的內(nèi)力、位移值。計(jì)算結(jié)果如圖2～圖5所示。

各支座的反力計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 墩臺(tái)支座反力表(曲率半徑600 m) kN

從圖2～圖5及表1可以看出，曲率半徑為600 m時(shí)，支座的橫向和縱向受力表現(xiàn)為不均勻性，且外側(cè)弧與內(nèi)側(cè)弧位置的支座的反力差值較大。對(duì)稱加載情況下，外弧反力為內(nèi)側(cè)弧的1.28倍～1.79倍；偏載時(shí)反力差值更大，梁體反力基本由單個(gè)支座支撐。梁體在外側(cè)弧的位移值及彎矩值都比內(nèi)側(cè)的稍大，這將在梁體內(nèi)產(chǎn)生扭矩，進(jìn)一步加劇內(nèi)外弧支座反力的不均勻。

2.3 曲率半徑800 m模型計(jì)算

曲線梁橋的曲率半徑增大到800 m后，其他條件不變，各支座反力的計(jì)算情況如表2所示。

表2 支座反力表(曲率半徑800 m) kN

由表2可知，曲率半徑增大到800 m后，橋梁墩臺(tái)內(nèi)外側(cè)支座反力大小差值有減小趨勢(shì)，對(duì)稱加載時(shí)，外弧反力為內(nèi)側(cè)弧的

1.10倍～1.33倍；偏載作用時(shí)，支座反力分配差異仍舊明顯，內(nèi)側(cè)反力值很小，梁體與支座間可能脫空。由計(jì)算結(jié)果可知，曲率半徑為800 m梁體的位移和彎矩的內(nèi)外側(cè)差值對(duì)比曲率半徑為600 m時(shí)有所降低。

2.4 曲率半徑1 000 m模型計(jì)算

曲率半徑增大到1 000 m時(shí)，曲線橋在荷載作用下的各支座反力的計(jì)算值如表3所示。

表3 支座反力表(曲率半徑1 000 m) kN

從上述結(jié)果可見(jiàn)，曲率半徑為1 000 m時(shí)，各墩臺(tái)內(nèi)外側(cè)支座的反力值在中載的情況下均較接近。偏載時(shí)支座受力和直線橋梁類似，彎矩和變形圖也與直線橋情況一致，這說(shuō)明曲線梁橋的支座受力在曲率半徑達(dá)到1 000 m時(shí)與直線梁橋較為接近。

3 結(jié)語(yǔ)

本文從高原寒冷地區(qū)實(shí)際情況出發(fā)，選取曲線橋梁的支座進(jìn)行受力分析研究，相關(guān)研究結(jié)論如下：

隨著曲率半徑的增大，曲線梁橋外側(cè)支座的反力逐漸減小，內(nèi)側(cè)支座的反力呈增大的趨勢(shì)。梁端支座的反力隨曲率半徑的增大也逐漸減小；當(dāng)曲率半徑為600 m時(shí)，支座在橫向和縱向受力都不均勻，外側(cè)弧位置的支座的反力與內(nèi)側(cè)弧支座的反力差值較大；曲率半徑為800 m時(shí)，墩臺(tái)內(nèi)外側(cè)支座的反力差值有減小趨勢(shì)；曲率半徑為1 000 m時(shí)，各墩臺(tái)內(nèi)外側(cè)支座的反力值均較接近。