支座布置對連續彎橋抗傾覆性能的影響分析

趙 麗

(合肥信睦工程建設有限公司,安徽 合肥 230023)

近年來,彎梁橋因其適應地形變化能力強、造型美觀等優點,在城市高架匝道橋中得到了廣泛的應用。由于“彎扭”耦合作用的存在,彎橋受力特性與穩定理論比較復雜,以至于彎橋在實際使用中往往發生失穩傾覆現象,尤其是采用獨柱墩單支座的整體式截面連續彎橋,更容易發生傾覆事故。因此,本文以某具體連續彎橋工程為例,結合《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG 3362-2018)(以下簡稱《橋規》)中規定的梁橋抗傾覆驗算方法,利用“橋博4.0”建立分析模型,對比分析該橋中支點為單支座與雙支座兩種工況下的抗傾覆計算結果以及中支點為單支座的工況下,中支點向外弧側的預偏心值對其抗傾覆穩定系數的影響規律,以期對實際工程中彎橋抗傾覆設計提供一定參考。

1 抗傾覆驗算方法

交通運輸部頒布的現行《橋規》中規定:按作用標準值進行組合時,整體式截面的梁橋抗傾覆穩定系數應滿足下式要求:

式中:kqf為橫向抗傾覆穩定系數,取kqf=2.5;∑Sbk,i為使上部結構穩定的效應設計值;∑Ssk,i為使上部結構失穩的效應設計值。Sbk,i為永久作用下,第i個橋墩處失效支座的支反力標準值與第i個橋墩處失效支座與有效支座的支座中心間距乘積;Ssk,i為在可變作用下,第i個橋墩處失效支座的支反力標準值與第i個橋墩處失效支座與有效支座的支座中心間距乘積。

2 計算模型

2.1 模型概況

此次采用模型為某試車場高架匝道橋工程,跨徑布置為3×20 m,曲率半徑為30 m,采用鋼筋混凝土單箱雙室整體箱形截面,箱梁梁高1.4 m,底寬6.05 m,全寬8.55 m,懸臂長1.25 m,橫截面如圖1、圖2所示。

圖1 跨中橫截面(單位:cm)

圖2 梁端橫截面(單位:cm)

2.2 有限元模型

利用“橋梁博士4.0”建立上述彎橋的有限元模型,如圖3所示。主梁梁體采用常規空間混凝土主梁構件模板,主梁共劃分為63個計算單元,每個計算單元包含 2 個節點,每個節點考慮沿縱向、豎向、橫向的3個平動自由度和3個轉動自由度。

圖3 有限元模型

為研究支座布置形式對其抗傾覆的影響,邊界條件采用兩種形式:

(1)中支點采用單支座支承,邊支點采用雙支座支承;

(2)中支點、邊支點處均采用雙支座支承。

3 計算結果及析

(1)邊支點采用雙支座支承,中支點分別采用單支座支承與雙支座支承兩種工況下,彎橋梁抗傾覆效應計算結果見表1。

表1 中支點單/雙支座時橋梁抗傾覆計算結果

從表1可以看出:孩當連續彎橋中支點采用單支座支承時,內弧側穩定效應高于外弧側穩定效應,內弧側抗傾覆穩定系數大于外弧側抗傾覆穩定系數,且外弧側抗傾覆穩定系數小于2.5,不滿足現行《橋規》中的規定,橋梁存在向外弧側傾覆的風險。當連續彎橋中支點采用雙支座支承時,內弧側穩定效應高于外弧側穩定效應,內弧側抗傾覆穩定系數大于外弧側抗傾覆穩定系數,旦內、外弧側抗傾覆穩定系數均大于2.5,均滿足現行《橋規》中的規定。連續彎橋中支點采用雙支座支承時,內、外弧側抗傾覆穩定效應與抗傾覆系數均大于中支點采用單支座支承時。

(2)對中支點單點支座進行預偏心設置,分別給予向外弧側0 cm、10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、50 cm、60 cm、70 cm、80 cm的預偏心值。橋梁內外側抗傾覆穩定系數隨支座預偏心值的變化規律如圖4所示。

圖4 抗傾覆穩定系數

由圖4可知：

(1)當支座預偏心值為0時，彎橋內弧側抗傾覆穩定系數為4.9，大于規范值2.5，滿足要求；但是彎橋外弧側抗傾覆穩定系數為1.9，小于規范值2.5，不滿足要求，說明當支座預偏心值為0時，連續彎梁橋有向外弧側傾覆的可能性。

(2)隨著支座向外弧側預偏心值增大，彎橋內弧側抗傾覆穩定系數減小，外弧側抗傾覆穩定系數增大。當支座向外弧側預偏心值為58 cm左右時，內弧側穩定系數變化跡線與外弧側穩定系數變化跡線相交，交點抗傾覆穩定系數為3.3左右，大于規范值2.5，此時，彎橋內、外弧側抗傾覆穩定效應相當，且滿足規范要求。

4 結 論

本文針對橋跨布置為3×20 m,曲率半徑為30 m的小半徑連續彎梁橋,采用“橋博4.0”建立計算模型,對比分析了中支點為單支座與雙支座兩種工況下的抗傾覆結果以及中支點為單支座的工況下,中支點向外弧側的預偏心值對其抗傾覆穩定系數的影響規律,得出如下結論:

(1)在相同曲率半徑相同跨徑的情況下,中支點雙支座的連續彎橋抗傾覆能力高于中支點單支座的連續彎橋,因為雙支座可以更加有效的分擔彎橋的支座反力,使支座反力的作用力矩更大,所以雙支座設置更加穩定,也是良好的抗傾覆改善措施。

(2)彎梁橋中支點單點支承向外弧側設置預偏心,能夠有效地調整梁內受力分布,平衡彎梁橋內、外弧側抗傾覆性能,從而整體上提高彎梁橋的抗傾覆穩定性。

因此,在實際工程中,設計師在針對連續彎橋抗傾覆設計時,可參照本文分析結果,合理設置支座形式,優選采用中支點雙支座支承形式;當條件受到約束需要采用中支點單支座支承形式時,應合理設置支座的預偏心值。