王超,肖榮

(重慶市建筑科學研究院，重慶 400020)

0 引言

為了滿足路線線路需求或功能要求，曲線梁橋的修建越來越多[1]。但是由于曲線梁橋存在彎扭耦合作用，使其較之直線橋梁的受力和變形更加復雜，使得設計施工以及后期的檢測養(yǎng)護存在較大難度。本文以泥溪溝2號大橋為例，對其扭轉(zhuǎn)變形進行研究，總結曲線連續(xù)剛構橋的扭轉(zhuǎn)變形規(guī)律，以期為同類型的曲線連續(xù)剛構橋的施工監(jiān)控提供參考。

1 工程概況

泥溪溝2號連續(xù)剛構大橋其孔跨布置為左線 （6×30+75.25＋140＋75.25＋2×30）m、 右線 （6×30+75.25＋140＋75.25＋3×30）m；主橋采用混凝土變截面預應力連續(xù)剛構箱梁，在橋跨方向上箱梁的跨中和根部梁高分別為3m、8.8m；頂板厚度（等厚度）為30cm，底板厚度從根部的100cm漸變到跨中的30cm，腹板厚度從根部至跨中分50cm、60cm、70cm三種厚度；箱梁頂板寬度為12.25m，其中翼緣懸臂長2.65m，底板寬度為6.95m；懸澆T構在縱向上被對稱劃分成16個節(jié)段；梁段數(shù)及梁段長從根部至跨中分別為8×3.5m、8×4.45m，邊跨和中跨合攏長度均為1.8m。[2]該大橋平面位于曲線半徑2000m的曲線上，其立面圖和平面圖如圖1所示。

圖1 大橋設計圖

2 分析模型的建立

在保證截面及跨徑布置不變的前提下，分別建立了曲線半徑為200m、400m、800m、2500m的直線橋的有限元仿真模型，用以分析隨著曲率半徑的變化，對剛構橋扭轉(zhuǎn)效應的影響。論文中所涉及的模型上部結構和下部結構共被劃分成136個單元，其中88個單元為上部結構單元，48個單元為下部單元。當曲線半徑一定時（以200m曲線半徑為例），本文分析了墩高分別為60m、80m、120m三種情況時對結構的影響規(guī)律。采用Midas civil軟件計算時，橋梁所涉及的材料參數(shù)均按《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》JTGD62-2004[3]采用，材料的本構關系選取如圖2所示。

圖2 鋼筋及混凝土的應力-應變曲線圖

（1）混凝土本構關系如下表達：

（2）鋼筋本構關系如下表達：

當εs>εy時，σs=Rg

式中:εc、εs、σc、σs為混凝土和鋼筋的應變、 應力， Es、Eg為混凝土和鋼筋的彈性模量，Ra為混凝土的標準強度,相當于σmax，ε0為相應于Ra時的混凝土壓應變，εcu為混凝土的極限壓應變。

3 連續(xù)剛構在自重作用下的計算結果及分析

無論在施工過程中還是成橋狀態(tài)，自重較之二期恒載和可變荷載對施工監(jiān)控中的線形控制起到?jīng)Q定性的作用，故該文著重研究自重對該橋型扭轉(zhuǎn)效應的影響。借助對這一主要因素的研究，找出扭轉(zhuǎn)變形的控制截面以及曲線半徑與扭轉(zhuǎn)角的關系。為了方便敘述將模型中的各參數(shù)的含義表述如下。

文中扭轉(zhuǎn)角的含義為頂板翼緣板的內(nèi)外兩側豎向位移的差值與梁寬的比值如圖3所示，即:tgθ=Δh/B；正負號代表的意義為：向曲線內(nèi)側轉(zhuǎn)為正，向曲線外側轉(zhuǎn)為負[4]。

圖3 扭轉(zhuǎn)角示意圖

1節(jié)點和89節(jié)點分別是橋梁主梁端點，24節(jié)點和66節(jié)點分別是左右兩個橋墩的中心。

在自重作用下，曲線橋受彎扭效應影響，主梁不但產(chǎn)生豎向彎曲，而且在扭矩作用下產(chǎn)生主梁截面內(nèi)的扭轉(zhuǎn)變形。圖4、圖5分別顯示了相同墩高、不同曲率及曲率相同、墩高不同時連續(xù)剛構橋的扭轉(zhuǎn)角沿橋縱向的變化。

圖4 曲線半徑與扭轉(zhuǎn)角關系圖

圖5 橋墩高度與扭轉(zhuǎn)角關系圖

3.1 中跨變形結果分析

墩高一定時，沿橋跨方向上扭轉(zhuǎn)角呈現(xiàn)一定的規(guī)律性。表現(xiàn)在梁體在扭矩作用下向曲線外側扭轉(zhuǎn)，同時中跨跨中附近主梁外邊緣豎向位移要大于內(nèi)邊緣豎向位移，并且最大的扭轉(zhuǎn)角發(fā)生在中跨跨中截面。曲線半徑為200m的剛構橋與直線橋相比轉(zhuǎn)角為0.02o，內(nèi)外側的高差為4.3mm，各曲線半徑橋梁中跨跨中截面的變形計算結果見表1。在施工監(jiān)控線形控制時，應特別注意這一影響。

表1 中跨跨中截面扭轉(zhuǎn)角和內(nèi)外高差

3.2 邊跨變形結果分析

墩高一定時，從距中跨跨中2/7L2到距邊跨端部1/8 L1截面處產(chǎn)生向曲線內(nèi)側的扭轉(zhuǎn)。其中正扭轉(zhuǎn)角在邊跨跨中附近達到最大值。各曲線半徑橋梁邊跨跨中截面的變形計算結果見表2。值得提出，橋面越寬這一差值也越大，故當橋梁的寬度較大時應特別注意該截面扭轉(zhuǎn)所造成的內(nèi)外高差的影響。當曲線半徑≥800m時，自重引起的邊跨跨中截面的內(nèi)外高差≤3mm，并且變化速度很慢，因為自重這一控制因素對扭轉(zhuǎn)角影響甚微，而預應力在該截面處產(chǎn)生相反的扭轉(zhuǎn)角[4]，與自重扭轉(zhuǎn)角部分抵消?？梢詳喽ó斍€半徑大于800m時，可按直線橋進行施工控制；當曲線半徑<800m時，應考慮曲率對橋面線形的影響，而且該種橋型的扭轉(zhuǎn)角控制截面為中跨跨中截面和邊跨跨中截面。

表2 邊跨跨中截面扭轉(zhuǎn)角和內(nèi)外高差

3.3 墩高變化對變形結果影響分析

曲線半徑不變，隨著墩高的增加主梁中跨跨中的豎向位移逐漸增加。與此同時，該截面的扭轉(zhuǎn)角增大即內(nèi)外緣高差也增大。計算結果顯示曲率半徑為200m時，墩高分別為60m、100m、150m的連續(xù)剛構橋，中跨跨中截面內(nèi)外側的高差為2.1mm，詳見表3計算結果，與直線橋相比較可以忽略不計。

表3 曲線半徑200m中跨跨中截面扭轉(zhuǎn)角內(nèi)外高差

4 結論

研究證明，該種橋型中跨跨中及邊跨跨中截面的扭轉(zhuǎn)角較大，故在泥溪溝2號大橋的線形控制中，將該兩個截面作為了控制截面，著重對該截面的扭轉(zhuǎn)角進行控制。大橋合攏后，實際測量證明，由于對控制截面的有效控制，橋面線形良好。

經(jīng)分析，當曲線半徑≥800m時，曲線連續(xù)剛構橋在自重和預應力的相互作用下扭轉(zhuǎn)效應甚微，由于泥溪溝2號大橋的曲線半徑超過800m，故在其施工監(jiān)控中按直線橋進行了變形計算，依次作為監(jiān)控的基礎。

墩高的變化對連續(xù)剛構橋扭轉(zhuǎn)效應的影響不是很顯著。當曲線半徑一定、墩高在0~150m變化時，各個截面扭轉(zhuǎn)角基本一致，可以不考慮墩高變化對扭轉(zhuǎn)的影響。

[1]李莉，舒贛平.小曲率半徑曲線鋼箱梁橋設計研究[J].建筑結構，2011，41（增刊1）：244.

[2]孫廣華.曲線梁橋計算[M].北京：人民交通出版社，1994:64.

[3]JTGD62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004：10-13.

[4]王超.曲線連續(xù)剛構橋空間受力分析[D].重慶：重慶交通大學，2011:11-64.