鄭報文,張巍,施一春
(1.安徽省建筑設(shè)計研究總院股份有限公司,安徽 合肥 230092;2.安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計院,安徽 合肥 230032;3.寧波富邦基礎(chǔ)設(shè)施投資有限公司,浙江 寧波 315600)
隨著現(xiàn)代化城市橋梁建設(shè)的發(fā)展,曲線梁橋在匝道橋的應(yīng)用越來越廣,其能有效的克服地形限制、滿足道路線形,增添城市景觀[1-2]。曲線梁橋與直線梁橋有明顯的受力區(qū)別,當(dāng)主梁承受豎向荷載產(chǎn)生的彎矩時,受曲率影響,必然產(chǎn)生扭矩[3]。在這種彎扭耦合的作用下,主梁的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形計算都更加復(fù)雜[4]。
為此,本文對3×20m鋼筋混凝土曲線梁橋在不同曲率半徑下的支反力、主梁內(nèi)力和跨中變形進(jìn)行計算分析,得出相關(guān)結(jié)論,以期為同類橋梁的設(shè)計提供參考[5]。
某高鐵站前廣場匝道橋,其中一聯(lián)為3×20m曲線梁橋,曲率半徑R=45m,采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu),梁高1.5m,寬9m,每跨跨中設(shè)置中橫隔板,寬0.3m。橋梁采用滿堂支架施工。
本文通過MIDAS/CIVIL 2019建立全橋有限元模型進(jìn)行計算分析,構(gòu)件類型為普通鋼筋混凝土構(gòu)件。其設(shè)計安全等級為Ⅰ級,構(gòu)件制作方法為現(xiàn)澆。其中梁單元共計61個,節(jié)點78個??紤]恒載、活載、施工荷載、溫度荷載和基礎(chǔ)沉降等因素,按施工順序?qū)θ珮蜻M(jìn)行結(jié)構(gòu)模擬計算。
為分析曲率半徑對曲線梁橋的內(nèi)力影響,保持橋梁規(guī)模、邊界條件和荷載作用相同的前提下,分別對R=45m、R=90m、R=180m、R=300m、R=500m、R=1000m和R=∞(直線橋)等7種不同曲率半徑的橋梁進(jìn)行計算,取各模型特征截面的扭矩T、彎矩M、剪力V、支反力和位移進(jìn)行對比分析,得出相關(guān)結(jié)論。
根據(jù)計算結(jié)果,取邊支點、中支點和中跨跨中三個主梁特征截面的扭矩值T進(jìn)行分析,如圖1所示。
圖1 主梁扭矩T變化圖
由圖1可知,隨著曲率半徑的增加,支點截面扭矩T呈逐漸減小的規(guī)律。半徑小于300m時,扭矩T影響尤為顯著,半徑大于300m后,扭矩T減小速度緩慢,趨于平穩(wěn)。
隨著半徑R的增加,跨中截面扭矩T呈逐漸減小的趨勢,但總體變化較為平緩,尤其半徑大于300m后,基本不變。
根據(jù)計算結(jié)果,取邊支點、中支點和中跨跨中三個主梁特征截面的彎矩值M進(jìn)行分析,如圖2所示。
由圖2可知,隨著曲率半徑的增加,主梁各特征截面彎矩M呈緩慢增加的趨勢,但總體變化平緩,基本不變。
圖2 主梁彎矩M變化圖
圖3 主梁剪力V變化圖
圖4 主梁跨中撓度變化圖
圖5 支反力變化圖
根據(jù)計算結(jié)果,取邊支點、中支點和中跨跨中三個主梁特征截面的剪力V進(jìn)行分析,如圖3所示。
由圖3可知,隨著曲率半徑的增加,主梁各特征截面剪力V呈緩慢增加的趨勢,但總體變化平緩,基本不變。
根據(jù)計算結(jié)果,取中跨跨中撓度進(jìn)行分析,如圖4所示。
由圖4可知,隨著曲率半徑的增加,主梁跨中下?lián)铣试龃筅厔?。?dāng)主梁剛度大時,其下?lián)显黾拥慕^對值較小,可忽略不計。實際工程中,曲線梁橋的主梁剛度一般較大,故其跨中下?lián)现递^小,可忽略不計,無需作為計算控制指標(biāo)。
根據(jù)計算結(jié)果,取邊支點、中支點內(nèi)側(cè)和外側(cè)支座反力值進(jìn)行對比分析,如圖5所示。
由圖5可知,隨著曲率半徑的增加,中支點內(nèi)側(cè)支反力逐漸減小,與之相對,邊支點內(nèi)側(cè)支反力呈逐漸增加的趨勢。
隨著曲率半徑的增加,中支點外側(cè)支反力逐漸增加,與之相對,邊支點外側(cè)支反力呈逐漸減小的趨勢。
①曲率半徑的變化對主梁扭矩影響較為明顯,扭矩值與曲率半徑呈反相關(guān)關(guān)系。當(dāng)R>300m時,其影響逐漸減弱。
②曲率半徑的變化對主梁彎矩和剪力影響較小,其總體趨勢為弱正相關(guān)關(guān)系,甚至可忽略不計。
③隨著曲率半徑的增加,跨中下?lián)铣示徛黾拥内厔?,但因該類橋型結(jié)構(gòu)剛度大,下?lián)现敌。珊雎圆挥嫛?/p>
④隨著曲率半徑的增加,中支點內(nèi)側(cè)支反力減小,外側(cè)支反力增加。故針對小半徑曲線梁橋設(shè)計時,注意采取措施預(yù)防中支點內(nèi)側(cè)支座脫空。
⑤當(dāng)橋梁曲率半徑R>300m時,可近似采用直線橋梁進(jìn)行模擬計算。