曲線橋梁支座反力計算研究

張忠波

（中國建筑西南設計研究院有限公司，四川 成都 610081）

0 引言

山區城市道路受地形、地貌、地質等影響，導致線橋位不可避免地出現在曲線位置。山區城市橋梁往往同時跨越峽谷、河流地段且跨徑較大。從梁型上應選擇整體性好、抗扭剛度大、承載力高的箱梁截面。

由于受到曲線橋梁曲率的影響，梁體的曲線會使其本身在自重的作用下產生扭矩，改扭矩方向朝向曲線梁的外側，并且通過兩端支座提供的反力來平衡，因此通常情況下曲線橋梁外弧側的支座反力往往會大于內弧側的支座反力。

山區城市道路路面較寬，橋梁跨徑較大，曲線橋梁的自重扭矩效應愈發明顯，曲線橋梁的支座布置、梁截面形式都將影響曲線橋外弧與內弧的支座反力大小[1]。

本文以某道路上一座曲線等寬變高連續預應力現澆箱梁為例，采用MIDAS軟件建立空間梁單元、空間梁格單元支座反力進行計算分析，并根據計算結果對影響曲線梁橋的支座反力的因素進行研究和總結。

1 曲線現澆混凝土箱梁概況

某曲線現澆混凝土箱梁橋面寬度19m，跨徑布置為35m+55m+35m，曲線半徑為255m，橫坡為單向2%。橫斷面布置為：2m（欄桿+人行道）+0.25m（路緣帶）+7m（車行道）+0.5m（中分帶）+7m（車行道）+0.25m（路緣帶）+2m（人行道+欄桿）=19m。

梁體截面類型為單箱三室直腹板變截面箱梁，采用直腹板形式，懸臂寬2.2m；中跨中部2m梁段和邊跨端部8.5m梁段為等高梁段，梁高為1.8m；中支點處梁高為3.6m，梁段25.5m范圍梁底下緣按二次拋物線變化。箱梁頂板寬19m，底板寬14.6m，除邊跨梁端頂板厚由25cm漸變至50cm，主墩墩頂處頂板局部加厚至50cm，其余梁段頂板厚25cm。底板厚25～60cm，按二次拋物線變化，腹板厚50～80cm，采用線性變化方式。支點位置采用三支座，支座間距為6.5m。橋位平面布置見圖1，邊跨支點橫斷面見圖2，中支點橫斷面見圖3。

圖1 橋位平面布置圖（單位：m）

圖2 邊跨支點橫斷面圖（單位：cm）

圖3 中支點橫斷面圖（單位：cm）

2 曲線現澆混凝土箱梁有限元計算

本次有限元計算軟件均采用邁達斯。本次計算僅對梁體自重工況下的支座反力進行分析（不含防撞墻、鋪裝重量）。

2.1 35m+55m+35m變高箱梁梁單元計算

變高箱梁梁單元模型見圖4，自重反力見圖5，支座反力見表1。

圖4 35m+55m+35m變高箱梁梁單元模型

圖5 35m+55m+35m變高箱梁梁單元自重反力（單位：kN）

表1 變高箱梁梁單元自重支座反力表

由圖4、圖5和表1可知，中支點外弧側自重支座反力小于內弧側支座反力，邊支點外弧側自重支座反力大于內弧側支座反力。

2.2 35m+55m+35m變高箱梁梁格計算

35m+55m+35m變高箱梁梁格模型見圖6，自重反力見圖7，自重支座反力見表2。

圖6 35m+55m+35m變高箱梁梁格模型

圖7 35m+55m+35m變高箱梁梁格模型自重反力（單位：kN）

表2 變高箱梁梁格自重支座反力表

由以上圖6、圖7和表2可知，中支點外弧側自重支座反力小于內弧側支座反力，邊支點外弧側自重支座反力大于內弧側支座反力。

2.3 35m+55m+35m等高箱梁梁格計算

305m+55m+35m等高箱梁梁格模型見圖8，自重反力見圖9，自重支座反力見表3。

圖8 35m+55m+35m等高箱梁梁格模型（梁高3.6m）

圖9 35m+55m+35m等高箱梁梁格模型自重反力（梁高3.6m）（單位：kN）

表3 自重支座反力表

由圖8、圖9和表3可知，中支點外弧側自重支座反力大于內弧側支座反力，邊支點外弧側自重支座反力大于內弧側支座反力。

2.4 48m+88m+88m+48m變高箱梁梁單元計算

48m+88m+88m+48m梁體截面類型為單箱單室直腹板變截面箱梁，采用直腹板形式，懸臂寬1.6m；中跨中部10m梁段和邊跨端部10.4m梁段為等高梁段，梁高為3.6m；中支點處梁高為6.9m，梁段36m范圍梁底下緣按二次拋物線變化。箱梁頂板寬7.6，底板寬4.4m。支座間距3.6m，橋梁曲線半徑600m。48m+88m+88m+48m變高箱梁梁單元模型見圖10，自重反力見圖11，自重支座反力見表4。

圖10 48m+88m+88m+48m變高箱梁梁單元模型

圖11 48m+88m+88m+48m變高箱梁梁單元自重反力（單位：kN）

表4 自重支座反力表

由圖10、圖11和表4可知，中支點外弧側自重支座反力大于內弧側支座反力，邊支點外弧側自重支座反力大于內弧側支座反力[2]。

2.5 3m×20m等高箱梁梁單元計算

3m×20m等高箱梁梁高1.4m，橋寬10.5m，支座間距4m，曲線半徑60m。3m×20m等高箱梁梁單元模型見圖12，單元自重反力見圖13，自重支座反力見表5。

圖12 3m×20m等高箱梁梁單元模型

圖13 3m×20m等高箱梁梁單元自重反力（kN）

表5 自重支座反力表

由圖12、圖13和表5可知，中支點外弧側自重支座反力大于內弧側支座反力，邊支點外弧側自重支座反力大于內弧側支座反力。

35m+55m+35m變高梁單元模型、變高梁格模型的自重支座反力計算結果均為曲線橋梁外弧側小于內弧側。

35m+55m+35m等高梁格模型、3m×20m等高箱梁梁單元自重支座反力計算結果均為曲線橋梁外弧側大于內弧側。35m+55m+35m變高梁單元模型、變高梁格模型、48m+88m+88m+48m變高梁單元模型的自重支座反力計算結果均為曲線橋梁外弧側小于內弧側。計算結果表明，變高截面箱梁是導致曲線橋梁外弧側的自重支座反力小于內弧側的支座反力的原因之一。支座個數、橋梁半徑、橋梁寬度均不是導致橋梁外弧側自重支座反力小于內弧側支座反力的原因。

3 結束語

通過此次計算分析，得出以下結論：

（1）梁體截面為變高截面是導致曲線橋梁外弧側的自重支座反力小于內弧側的支座反力的原因之一；

（2）橋梁跨徑越大曲線橋梁外弧側的自重支座反力小于內弧側的支座反力越明顯；

（3）支座和梁中線的距離間接地影響到自重作用下的支座反力；

（4）通常等截面曲線橋梁滿足外弧側的自重支座反力大于內弧側的支座反力。