部分位于曲線段的連續剛構橋以直代曲計算的差異分析

孟天昌

泛華建設集團有限公司南京設計分公司，江蘇 南京 210000

連續剛構橋綜合了連續梁橋和“T”形剛構橋的受力特點，主梁為連續梁體，并與橋墩固結，造型美觀，經濟性也較高，因此連續剛構橋在許多城市得到了廣泛的應用。近幾年隨著城市化建設的發展，城市建設中經常遇到斜、彎橋，但為了保護土地資源，不便于進行線位調整，特別是大跨徑預應力混凝土橋梁的斜、彎橋受力特性復雜，需通過空間有限元軟件精細化模擬計算，設計工作量較大，周期較長，前期設計階段常規按直線橋進行定性分析。為此，文章通過工程實例進行計算分析，研究部分位于曲線段的連續剛構橋以直代曲計算的差異情況。

1 工程概況

某跨河大橋主橋采用連續剛構形式，橋位處河口寬220m。主橋采用75m+130m+75m=280m 預應力混凝土連續剛構橋，跨中梁高3m，支點梁高6m，梁高呈二次曲線變化。根據規劃線位，該橋左邊跨位于300m 的平曲線段。

主梁采用單箱多室，直腹板，頂板寬度為18m，底板寬度為12m。箱梁頂板厚度為28cm，底板厚度為30cm，支點處加厚至80cm。每側腹板厚50cm，靠近端部漸變至60cm，靠近中支點漸變至80cm。主梁采用三向預應力體系，縱、橫向預應力采用φS15.20 鋼絞線，豎向預應力采用JL32 高強精軋螺紋粗鋼筋。

考慮橋位處地質情況較差，主橋基礎均采用承臺樁基礎。主橋施工期間需滿足通航需求，故該橋主梁采用掛籃懸臂澆筑施工。

2 模型計算及分析

為對比連續剛構橋直橋模型與彎橋模型的受力分析結果，使用橋梁有限元分析軟件MIDAS、CIVIL 分別建立直橋模型與彎橋模型，進行橋梁結構空間有限元靜力計算分析，主墩基座底施工彈性約束，根據懸臂施工法的施工過程分步建立有限元模型。

（1）正截面抗彎承載能力對比。直橋、彎橋正截面抗彎承載能力驗算結果如圖1 所示。

圖1 直橋正截面抗彎承載能力驗算結果

按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTJ 023—85）驗算，結構重要性系數作用效應的組合設計最大值均小于等于構件承載力設計值，滿足規范要求。直橋模型與彎橋模型的正截面抗彎承載能力無明顯差異，如圖2 所示。

圖2 彎橋正截面抗彎承載能力驗算結果

（2）支反力對比。直橋、彎橋支反力計算結果如表1、表2 所示。

表1 直橋支反力計算結果

表2 彎橋支反力計算結果

由表1、表2 可知，在最不利荷載組合下彎橋與直橋相比（以直橋為基準），主墩水平推力彎橋模型較直橋模型增大0.6%，主墩墩底彎矩彎橋模型較直橋模型減小0.7%，主墩豎向支撐力一致，可見相差不大；邊墩水平推力一致，北側邊墩墩底彎矩彎橋模型較直橋模型減小4.6%，南側邊墩墩底彎矩彎橋模型較直橋模型增大1.3%，邊墩豎向支撐力一致，可見相差不大。

（3）結構正截面抗裂對比。直橋、彎橋正截面抗裂驗算長期效應組合結果如圖3、圖4 所示。直橋模型長期效應組合截面最大壓應力為8.63MPa，彎橋模型長期效應組合截面最大壓應力為8.31MPa。

圖3 直橋正截面抗裂驗算長期效應組合結果

圖4 彎橋正截面抗裂驗算長期效應組合結果

由圖4 可知，直橋模型與彎橋模型正截面拉應力包絡圖無明顯差異，在最不利荷載組合下彎橋與直橋相比（以直橋為基準），最大壓應力彎橋模型較直橋模型減少3.7%。

（4）持久狀況構件應力對比。①正截面混凝土法向壓應力對比。直橋、彎橋正截面混凝土法向壓應力驗算結果如圖5、圖6 所示。直橋混凝土法向壓應力最大值σkc+σpt=17.81MPa。彎橋混凝土法向壓應力最大值σkc+σpt=18.54MPa。

圖5 直橋正截面混凝土法向壓應力驗算結果

圖6 彎橋正截面混凝土法向壓應力驗算結果

由圖6 可知，直橋模型與彎橋模型正截面混凝土法向壓應力大小無明顯差異，在最不利荷載組合下彎橋與直橋相比（以直橋為基準），法向壓應力彎橋模型較直橋模型增加4.1%。

②斜截面混凝土的主壓應力對比。直橋、彎橋斜截面混凝土的主壓應力驗算結果如圖7、圖8 所示。直橋斜截面混凝土的主壓應力最大值σcp=18.77MPa，彎橋斜截面混凝土的主壓應力最大值σcp=18.76MPa。

圖7 直橋斜截面混凝土的主壓應力驗算結果

圖8 彎橋斜截面混凝土的主壓應力驗算結果

由圖8 可知，直橋模型與彎橋模型斜截面混凝土的主壓應力大小無明顯差異。

3 結束語

文章采用以直代曲的簡化計算與實際受力特性的差異，通過對比兩者的計算結果，可以發現，對于大半徑曲線連續剛構橋，兩者力學性能差異較小，采用以直代曲簡化計算，基本能真實地反映實際受力特性，實際工程前期設計過程中可采用此方法進行定性分析，節約設計周期。