曲率半徑對某曲線梁橋的內力影響分析

鄭報文，張巍，施一春

（1.安徽省建筑設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230092；2.安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230032；3.寧波富邦基礎設施投資有限公司，浙江 寧波 315600）

1 引言

隨著現代化城市橋梁建設的發展，曲線梁橋在匝道橋的應用越來越廣，其能有效的克服地形限制、滿足道路線形，增添城市景觀[1-2]。曲線梁橋與直線梁橋有明顯的受力區別，當主梁承受豎向荷載產生的彎矩時，受曲率影響，必然產生扭矩[3]。在這種彎扭耦合的作用下，主梁的結構內力和變形計算都更加復雜[4]。

為此，本文對3×20m鋼筋混凝土曲線梁橋在不同曲率半徑下的支反力、主梁內力和跨中變形進行計算分析，得出相關結論，以期為同類橋梁的設計提供參考[5]。

2 工程背景

某高鐵站前廣場匝道橋，其中一聯為3×20m曲線梁橋，曲率半徑R=45m，采用鋼筋混凝土現澆箱梁結構，梁高1.5m，寬9m，每跨跨中設置中橫隔板，寬0.3m。橋梁采用滿堂支架施工。

本文通過MIDAS/CIVIL 2019建立全橋有限元模型進行計算分析，構件類型為普通鋼筋混凝土構件。其設計安全等級為Ⅰ級，構件制作方法為現澆。其中梁單元共計61個，節點78個。考慮恒載、活載、施工荷載、溫度荷載和基礎沉降等因素，按施工順序對全橋進行結構模擬計算。

3 內力影響分析

為分析曲率半徑對曲線梁橋的內力影響，保持橋梁規模、邊界條件和荷載作用相同的前提下，分別對R=45m、R=90m、R=180m、R=300m、R=500m、R=1000m和R=∞(直線橋)等7種不同曲率半徑的橋梁進行計算，取各模型特征截面的扭矩T、彎矩M、剪力V、支反力和位移進行對比分析，得出相關結論。

3.1 主梁扭矩T 變化規律

根據計算結果，取邊支點、中支點和中跨跨中三個主梁特征截面的扭矩值T進行分析，如圖1所示。

圖1 主梁扭矩T變化圖

由圖1可知，隨著曲率半徑的增加，支點截面扭矩T呈逐漸減小的規律。半徑小于300m時，扭矩T影響尤為顯著，半徑大于300m后，扭矩T減小速度緩慢，趨于平穩。

隨著半徑R的增加，跨中截面扭矩T呈逐漸減小的趨勢，但總體變化較為平緩，尤其半徑大于300m后，基本不變。

3.2 主梁彎矩M 變化規律

根據計算結果，取邊支點、中支點和中跨跨中三個主梁特征截面的彎矩值M進行分析，如圖2所示。

由圖2可知，隨著曲率半徑的增加，主梁各特征截面彎矩M呈緩慢增加的趨勢，但總體變化平緩，基本不變。

3.3 主梁剪力V變化規律

圖2 主梁彎矩M變化圖

圖3 主梁剪力V變化圖

圖4 主梁跨中撓度變化圖

圖5 支反力變化圖

根據計算結果，取邊支點、中支點和中跨跨中三個主梁特征截面的剪力V進行分析，如圖3所示。

由圖3可知，隨著曲率半徑的增加，主梁各特征截面剪力V呈緩慢增加的趨勢，但總體變化平緩，基本不變。

3.4 跨中撓度變化規律

根據計算結果，取中跨跨中撓度進行分析，如圖4所示。

由圖4可知，隨著曲率半徑的增加，主梁跨中下撓呈增大趨勢。當主梁剛度大時，其下撓增加的絕對值較小，可忽略不計。實際工程中，曲線梁橋的主梁剛度一般較大，故其跨中下撓值較小，可忽略不計，無需作為計算控制指標。

3.5 支反力變化規律

根據計算結果，取邊支點、中支點內側和外側支座反力值進行對比分析，如圖5所示。

由圖5可知，隨著曲率半徑的增加，中支點內側支反力逐漸減小，與之相對，邊支點內側支反力呈逐漸增加的趨勢。

隨著曲率半徑的增加，中支點外側支反力逐漸增加，與之相對，邊支點外側支反力呈逐漸減小的趨勢。

4 結論

①曲率半徑的變化對主梁扭矩影響較為明顯，扭矩值與曲率半徑呈反相關關系。當R＞300m時，其影響逐漸減弱。

②曲率半徑的變化對主梁彎矩和剪力影響較小，其總體趨勢為弱正相關關系，甚至可忽略不計。

③隨著曲率半徑的增加，跨中下撓呈緩慢增加的趨勢，但因該類橋型結構剛度大，下撓值小，可忽略不計。

④隨著曲率半徑的增加，中支點內側支反力減小，外側支反力增加。故針對小半徑曲線梁橋設計時，注意采取措施預防中支點內側支座脫空。

⑤當橋梁曲率半徑R＞300m時，可近似采用直線橋梁進行模擬計算。