馬繼成

內(nèi)蒙古交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司

小半徑彎梁支座布置及結(jié)構(gòu)分析

馬繼成

內(nèi)蒙古交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司

小半徑彎梁是當(dāng)前城市交通中應(yīng)用較多的一種橋梁結(jié)構(gòu)，屬于典型的曲線橋梁。在對(duì)小半徑彎梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，不僅需要考慮彎矩及剪力影響，還需要分析扭矩對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，以此來(lái)增強(qiáng)橋梁的抗傾覆能力。文章對(duì)小半徑彎梁的基本受力情況進(jìn)行了詳細(xì)分析，指出了支座布置原則及要點(diǎn)，通過(guò)構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型并計(jì)算，得到最為科學(xué)、可行的小半徑彎梁支座布置方案及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

小半徑彎梁；受力特性；支座布置；結(jié)構(gòu)分析

基于城市交通運(yùn)輸需求的不斷提高，市政道路橋梁已經(jīng)難以滿足實(shí)際需求，其結(jié)構(gòu)形式在不斷改進(jìn)、創(chuàng)新，同時(shí)結(jié)構(gòu)組成也變得更加復(fù)雜，匝道橋梁和曲線橋梁變得越來(lái)越常見(jiàn)，以小半徑彎梁在城市立交中的應(yīng)用最為廣泛。相較于普通形態(tài)的橋梁結(jié)構(gòu)，小半徑彎梁受到彎矩、扭矩、剪力等多種載荷作用，在運(yùn)行使用過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)支座移位、支座剪切變形等問(wèn)題，降低了小半徑彎梁的整體承載能力，不利于保證橋梁的穩(wěn)定性及安全性。所以，加大對(duì)小半徑彎梁支座布置及結(jié)構(gòu)的分析研究力度，是非常重要且必要的。

1.小半徑彎梁基本受力情況

小半徑彎梁屬于曲線橋梁，從力學(xué)角度對(duì)小半徑彎梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)，主要是從其曲率方面考慮的。無(wú)論小半徑彎梁處于固定載荷狀態(tài)還是變化載荷狀態(tài)，其結(jié)構(gòu)受力情況都與彎矩和扭矩有著之間關(guān)系，并且這種影響會(huì)隨著向心力大小的變化而發(fā)生改變。首先，小半徑彎梁受彎矩和扭矩的聯(lián)合作用影響。當(dāng)小半徑彎梁在垂直于橫截面的方向上出現(xiàn)彎曲時(shí)，會(huì)因?yàn)榍首饔枚l(fā)生扭轉(zhuǎn)，引起橋梁結(jié)構(gòu)的變形。并且，當(dāng)小半徑彎梁承受載荷時(shí)，彎矩和扭矩的聯(lián)合作用影響會(huì)更加明顯。其次，小半徑彎梁在扭矩作用下，橋梁內(nèi)側(cè)與外側(cè)荷載分布不均衡，兩邊支座的反向作用力數(shù)值不相等，常常橋梁內(nèi)側(cè)負(fù)反力的影響而出現(xiàn)支座脫空現(xiàn)象，難以發(fā)揮支座在橋梁整體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)作用。總的來(lái)說(shuō)，小半徑彎梁的受力情況是比較復(fù)雜的，這些都是在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布置支座時(shí)需要考慮并解決的問(wèn)題。

2.小半徑彎梁支座布置及結(jié)構(gòu)分析

為確保小半徑彎梁支座布置及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性，以某小半徑彎梁為研究對(duì)象，對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)分析。已知該小半徑彎梁為組合式箱梁結(jié)構(gòu)，由三個(gè)跨徑組成，跨度均為22m。橋梁圓曲線半徑為48mm，橋面寬度和梁高分別為11m和1.5m，橋梁內(nèi)側(cè)和外側(cè)均設(shè)有一個(gè)支座，起到邊界支撐作用。

2.1 模型構(gòu)建

根據(jù)小半徑彎梁實(shí)際情況，依據(jù)各項(xiàng)參數(shù)，利用MIDAS軟件在計(jì)算機(jī)中構(gòu)建模型進(jìn)行計(jì)算。

2.2 受力分析

小半徑彎梁所受荷載分為固定荷載和變化荷載兩部分，在對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析時(shí)，需要進(jìn)行綜合考慮。橋梁結(jié)構(gòu)所受固定載荷主要包括其自身重力、橋面及防撞墻荷載、基礎(chǔ)變位和收縮徐變等。小半徑彎梁結(jié)構(gòu)材料為混凝土，橋面材料為瀝青混凝土，兩者容重分別為26.25kN/m3和24kN/m3，并將兩者的偏載影響考慮在內(nèi)，防撞墻材料為鋼筋混凝土，每一側(cè)所受荷載為15kN/m。在對(duì)小半徑彎梁基礎(chǔ)變位荷載進(jìn)行計(jì)算時(shí)，是以0.01m作為瞬時(shí)不均勻沉降標(biāo)準(zhǔn)的，而橋梁的收縮徐變年限為10年。

在對(duì)小半徑彎梁結(jié)構(gòu)所受變化荷載進(jìn)行分析時(shí)，主要影響因素包括汽車載荷、溫度載荷、汽車沖擊力等。在汽車荷載方面，該小半徑彎梁所在道路的公路等級(jí)為－I級(jí)，車輛行駛方向?yàn)閱蜗?，?車道加載，車道荷載加載方向沿其橫向方向，車道超載系數(shù)為1.15。在對(duì)溫度荷載進(jìn)行分析時(shí)，從當(dāng)?shù)靥鞖鈿夂驅(qū)嶋H情況入手，橋梁建設(shè)完成時(shí)期，平均溫度為12—18℃，整體升溫25℃，整體降溫25℃，在選取日照溫差數(shù)值時(shí)，是以JTG D60-2012為標(biāo)準(zhǔn)。溫度梯度變化規(guī)律為：升溫T1=14℃、T2=5.5℃，降溫T1=—7℃、T2=—2.75℃。在對(duì)汽車沖擊力荷載進(jìn)行計(jì)算時(shí)，依據(jù)特征值可以得到橋梁結(jié)構(gòu)基頻為6.9Hz。

2.3 支座設(shè)置

在設(shè)置小半徑彎梁支座時(shí)，為避免出現(xiàn)支座脫空現(xiàn)象，需要對(duì)梁兩側(cè)支座相反作用力進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，具體實(shí)現(xiàn)方式為對(duì)支座進(jìn)行偏心設(shè)置。此次研究中一共對(duì)四種支座設(shè)置方式進(jìn)行分析，兩種方案中支座間距為3.5m，一種方案設(shè)置偏心為0.3m，一種不設(shè)置偏心，另外兩種方案支座間距為4.0m，偏心設(shè)置與另外兩種方案相同。小半徑彎梁的最大和最小支反力均出現(xiàn)在使用階段，假定支座最小反力控制值為100kN，對(duì)四種形式的支座的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行計(jì)算、分析，可以得到支座具體反力情況。對(duì)四種支座塞布置方案的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，可知，支座支反力會(huì)隨著支座間距的增大而改善，并且對(duì)支座進(jìn)行偏心設(shè)置，也可以增大其支反力。

2.4 結(jié)構(gòu)計(jì)算

在對(duì)小半徑彎梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，主要是從扭矩作用對(duì)其造成的影響進(jìn)行考慮的，同時(shí)還需要對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)截面裂縫進(jìn)行分析。在彎梁結(jié)構(gòu)中，分析扭矩作用時(shí)，是以支座位置處為研究對(duì)象的，經(jīng)計(jì)算得到最大扭矩和最小扭矩分別為6108.66KN.m和—6059.57KN. m，均小于規(guī)定的對(duì)應(yīng)截面抗力，滿足結(jié)構(gòu)抗扭設(shè)置要求。對(duì)彎梁結(jié)構(gòu)截面裂縫進(jìn)行計(jì)算，可以得到主梁最寬裂縫，其中主梁上側(cè)的最寬裂縫出現(xiàn)在中間支點(diǎn)位置處，其寬度為0.126mm，主梁下側(cè)的最寬裂縫出現(xiàn)在38節(jié)點(diǎn)截面位置處，其寬度為0.20mm，均小于規(guī)定的小半徑彎梁結(jié)構(gòu)截面裂縫極限值，符合設(shè)計(jì)要求。

3.小半徑彎梁支座布置及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

通過(guò)結(jié)合實(shí)例進(jìn)行分析可知，在設(shè)計(jì)小半徑彎梁結(jié)構(gòu)時(shí)，是要遵循一定的基本原則的。首先，如果設(shè)計(jì)空間較大時(shí)，應(yīng)盡量增大彎梁曲線半徑，將半徑對(duì)彎梁結(jié)構(gòu)的荷載影響降到最低。其次，如果設(shè)計(jì)空間有限，彎梁曲線半徑較小時(shí)，為避免出現(xiàn)支座脫空現(xiàn)象，則需要通過(guò)增大支座間距及對(duì)支座進(jìn)行偏心設(shè)置，來(lái)增大最小支反力，以此來(lái)增強(qiáng)彎梁抗傾覆能力。另外，小半徑彎梁最大扭矩出現(xiàn)在支座附近，為增強(qiáng)支座抗扭性能，可以設(shè)置隔擋板。

結(jié)束語(yǔ)：

城市道路橋梁建設(shè)空間的不斷減小，使得小半徑彎梁形式的橋梁越來(lái)越多，已經(jīng)成為城市市政道路橋梁建設(shè)必然發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)小半徑彎梁支座布置及結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析、計(jì)算，可以得到最為科學(xué)、合理的支座布置形式，有效的解決了支座移位、支座剪切變形等問(wèn)題，具有較高的借鑒應(yīng)用價(jià)值。

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