吳念

(中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖北武漢 430000)

近些年來(lái)，隨著公路和城市道路建設(shè)的飛快發(fā)展，涉及到曲線(xiàn)橋的橋梁設(shè)計(jì)已經(jīng)越來(lái)越多了，對(duì)于大半徑的曲線(xiàn)梁橋，以前往往采用以直代曲，或者使用單梁法進(jìn)行模擬計(jì)算，計(jì)算結(jié)果也可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和使用的要求，但是隨著越來(lái)越多的城市立交建設(shè)的需要，小半徑的匝道橋越來(lái)越多，這時(shí)再用上面的方法進(jìn)行簡(jiǎn)單的模擬計(jì)算，結(jié)果是不準(zhǔn)確的，必須要采用梁格法或者其他更精確的方法進(jìn)行計(jì)算。

與直線(xiàn)梁相比，曲線(xiàn)梁的受力有以下特點(diǎn):1)軸向變形與平面內(nèi)彎曲的耦合;2)豎向撓曲與扭轉(zhuǎn)的耦合;3)它們與截面畸變的耦合。其中最主要的是撓曲變形與扭轉(zhuǎn)變形的耦合。

曲線(xiàn)梁在豎向荷載作用下會(huì)同時(shí)產(chǎn)生彎矩和扭矩，且其大小會(huì)相互影響，由于曲線(xiàn)外側(cè)部分梁總比曲線(xiàn)內(nèi)側(cè)部分梁重，所以在自重荷載作用下，外側(cè)支點(diǎn)反力比內(nèi)側(cè)支點(diǎn)反力要大，在活載，基礎(chǔ)不均勻沉降，溫度力等荷載共同作用下，曲線(xiàn)內(nèi)側(cè)支點(diǎn)反力可能會(huì)出現(xiàn)拉力，因此在做曲線(xiàn)梁設(shè)計(jì)時(shí)，往往需要對(duì)支座設(shè)置橫向的偏心距，以避免某些支座在荷載最不利組合時(shí)出現(xiàn)拉力。

梁格法是目前最常用的分析曲線(xiàn)梁的方法，梁格法的實(shí)質(zhì)是用一個(gè)等效的梁格來(lái)代替橋梁上部結(jié)構(gòu)，是一種以梁?jiǎn)卧獮榛締卧挠邢拊?，梁格法的概念明確，通常采用MIDAS軟件建立的梁格模型建模方便，計(jì)算速度也較快。本文就是通過(guò)MIDAS 2010軟件建立梁格模型，分析一個(gè)半徑只有30 m的連續(xù)梁橋選用不同的支撐形式時(shí)梁的受力情況，從而得到一些有用的結(jié)論。

1 小半徑彎箱梁設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題

1.1 結(jié)構(gòu)受力上應(yīng)注意的問(wèn)題

結(jié)構(gòu)受力上要注意調(diào)整梁內(nèi)的扭矩分布，盡量使梁截面的受力更均勻。小半徑的彎箱梁各截面都處于“彎、剪、扭”的復(fù)雜受力狀態(tài)，其應(yīng)力分布比同跨徑的直線(xiàn)梁橋要復(fù)雜，因此，在進(jìn)行截面設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量選擇抗扭剛度比較大的截面形式，比如箱形截面，同時(shí)要根據(jù)JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定，在橋跨范圍內(nèi)設(shè)置一些橫隔板，以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的橫橋向剛度。

1.2 結(jié)構(gòu)變形上應(yīng)注意的問(wèn)題

結(jié)構(gòu)變形上要注意控制梁端縱橫向變位及翹曲變形，使之符合規(guī)范的要求，設(shè)計(jì)時(shí)可以通過(guò)調(diào)整跨徑的布置和邊界條件來(lái)達(dá)到這個(gè)目標(biāo)。1)在跨徑搭配上，要控制邊跨跨徑，使邊跨跨徑和中跨跨徑比較接近，這樣可以大大減小內(nèi)側(cè)支座出現(xiàn)拉力的情況;2)在邊界條件方面，由于邊界條件影響到整個(gè)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，要分別采用不同的約束形式進(jìn)行試算，通過(guò)分析試算結(jié)果來(lái)確定結(jié)構(gòu)的邊界條件。

2 設(shè)計(jì)實(shí)例

某碼頭引橋是一座4跨鋼筋混凝土曲線(xiàn)彎梁橋，跨徑組合為:11 m+16 m+10 m+10 m，曲線(xiàn)半徑為30 m，梁的截面形式為單箱單室直腹板箱梁，梁高1.3 m，跨中頂?shù)装搴?5 cm，支點(diǎn)處頂?shù)装搴?0 cm，腹板厚度全橋統(tǒng)一為75 cm，橋面寬度為:0.5 m(防撞護(hù)欄)+5 m(行車(chē)道)+0.5 m(防撞護(hù)欄)=6 m，箱梁一般構(gòu)造圖見(jiàn)圖1，橫斷面圖見(jiàn)圖2。

圖1 箱梁一般構(gòu)造圖

圖2 箱梁橫斷面圖

2.1 模型的建立

采用MIDAS 2010軟件建立梁格法模型，計(jì)算考慮的主要荷載包括:箱梁的自重，鋪裝，防撞護(hù)欄重量，溫度力，離心力，車(chē)輛荷載(本碼頭引橋上的汽車(chē)活載只考慮一輛重55 t的標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輛荷載)等，為了得到箱梁的最佳受力狀態(tài)，使箱梁截面和支座的受力比較均勻，建立2個(gè)不同約束情況的模型，通過(guò)分析比較得到較好的支座布置形式。模型1:彎箱梁端支點(diǎn)采用兩點(diǎn)支撐，中間支點(diǎn)采用單點(diǎn)支撐;模型2:所用支點(diǎn)橫橋向均采用兩點(diǎn)支撐。模型1和模型2的結(jié)構(gòu)離散圖分別見(jiàn)圖3和圖4。

圖3 模型1

2.2 計(jì)算結(jié)果

由于本橋?yàn)樾“霃降膹澫淞簶颍⑶铱鐝讲贾檬艿綏l件的限制不能變動(dòng)，使得跨徑的布置從結(jié)構(gòu)受力上來(lái)講并不是十分合理，在不設(shè)置支座偏心時(shí)，部分支座會(huì)出現(xiàn)拉力，經(jīng)過(guò)分析計(jì)算模型1和模型2都需要設(shè)置支座偏心才能使所有支座都處于受壓狀態(tài)，模型1和模型2的支座偏心設(shè)置情況見(jiàn)表1(表中偏心距以向外側(cè)腹板偏移為正)。

圖4 模型2

表1 支座偏心布置情況表

按照上面的支座偏心布置計(jì)算后得到各截面腹板內(nèi)力以及各截面腹板位移，見(jiàn)表2，表3。

表2 各截面腹板彎矩對(duì)照表

表3 各截面腹板位移對(duì)照表

3 結(jié)語(yǔ)

小半徑彎箱梁橋受力復(fù)雜，在恒載和活載的作用下，箱梁曲線(xiàn)內(nèi)側(cè)和外側(cè)腹板的受力不均勻，通過(guò)上面的分析比較，可以得到以下幾點(diǎn)結(jié)論:

1)恒載作用下，無(wú)論中間支點(diǎn)選擇單點(diǎn)支撐還是兩點(diǎn)支撐，外側(cè)腹板的受力都比內(nèi)側(cè)腹板的受力要大，而且跨徑越大，受力差別越大。對(duì)比中間支點(diǎn)是單點(diǎn)支撐和兩點(diǎn)支撐時(shí)內(nèi)外腹板的彎矩可知:恒載作用下，選擇單點(diǎn)支撐和兩點(diǎn)支撐對(duì)腹板受力的影響不大。

2)車(chē)輛活載作用下，中間支點(diǎn)選擇單點(diǎn)支撐和兩點(diǎn)支撐時(shí)都是外側(cè)腹板的受力比內(nèi)側(cè)腹板的受力要大，相比恒載作用，在活載作用下，外側(cè)腹板和內(nèi)側(cè)腹板受力的差別要小一些。

3)本連續(xù)彎梁橋的跨徑差別相對(duì)較大，最大跨徑是最小跨徑的1.6倍，在計(jì)算的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)在保證各支座不出現(xiàn)拉力的前提下，要保持各支點(diǎn)橫向支座的間距相等很困難，因此，在設(shè)置支座時(shí)將支點(diǎn)2的橫向間距設(shè)為1.65 m，其他支點(diǎn)的支座橫向間距都為1.5 m。由此可知:在一般設(shè)計(jì)的時(shí)候，如果不是受條件限制，最好將連續(xù)梁各跨的跨徑設(shè)為一樣的，這樣可以使梁的受力更均勻，梁底支座的偏心也可以保持一致，給設(shè)計(jì)和施工都減小難度。

4)由表3可知，在恒載作用下或在活載作用下，無(wú)論中間支點(diǎn)選擇單點(diǎn)支撐還是兩點(diǎn)支撐，外側(cè)腹板的變形都比內(nèi)側(cè)腹板的變形要大，并且，兩點(diǎn)支撐比單點(diǎn)支撐時(shí)腹板的變形要小，因此從結(jié)構(gòu)變形上來(lái)講，中間支點(diǎn)設(shè)置兩點(diǎn)支撐比設(shè)置單點(diǎn)支撐要好一些。

［1］ 邵榮光.混凝土彎梁橋［M］.北京：人民交通出版社，1996.

［2］ 孫廣華.曲線(xiàn)梁橋計(jì)算［M］.北京：人民交通出版社，1997.

［3］ 鄧安泰.混凝土曲線(xiàn)箱梁橋的受力性能研究［J］.市政·交通·水利工程設(shè)計(jì)，2008(8)：115-117.

［4］ 姜海麗.曲線(xiàn)梁橋的設(shè)計(jì)［J］.黑龍江水利科技，2006(10)：11-13.