劉 宇，張 杰

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550081)

1 前 言

近幾十年來，隨著我國城市化進程的飛速發(fā)展，城市高架橋是解決我國城市現(xiàn)階段的擁堵狀況的重要手段。混凝土結(jié)構(gòu)以其整體性好、剛度大、造型靈活、外觀優(yōu)美、造價低廉等諸多優(yōu)點，成為現(xiàn)今世界土木工程中最主要的結(jié)構(gòu)形式之一。在混凝土結(jié)構(gòu)中，箱形梁截面具有較大的抗彎剛度和較強的抗扭性能，且跨越能力強，適用于各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)，并適合現(xiàn)代化的施工方式，因此在城市高架尤其是在曲線梁中應(yīng)用廣泛。

由于城市橋梁對景觀要求較高，下部結(jié)構(gòu)通常采用景觀效果較好的花瓶式橋墩，為保證橋下通透性，或橋下有行車要求時，花瓶墩的墩身及蓋梁尺寸受限，制約了上部結(jié)構(gòu)橫梁的支座布置形式，如何調(diào)整支座布置間距及個數(shù)，保證支座布置受限情況下的橫梁受力要求值得探討。

2 工程概況

本文結(jié)合某(3×40)m現(xiàn)澆連續(xù)箱梁城市高架橋進行支座布置形式分析，橋梁概況如下，該橋橋面寬度為23.7 m，梁高2.2 m，懸臂寬度為2.35 m，底板寬度為19.0 m，中支點橫梁寬度為2.5 m，橋面兩側(cè)各布置4.35 m人行道，中間行車道為15 m，按雙向4車道設(shè)計，橋面布置及支點處橫梁斷面尺寸如圖1所示。該橋下部結(jié)構(gòu)采用花瓶墩，由于橋墩蓋梁尺寸受限，設(shè)計中需對該橋支座布置形式進行分析，實橋中橫梁采用3支座布置。

圖1 橋面布置及支點斷面尺寸(cm)

3 橫梁模型建立

本文在橫梁受力分析時，借助橋梁博士4.1計算軟件建立橫梁簡化模型，橫梁斷面按矩形計，取2.5 m寬。橫梁加載參見相關(guān)文獻研究并進行簡化，將主梁恒載按80%腹板集中力和20%的頂板均布荷載的形式進行分配，其中均布荷載加載范圍為兩側(cè)邊腹板中間段，懸臂段考慮相應(yīng)橫梁自重及人行道自重；人群荷載采用與恒載相似加載方式，但其中20%均布荷載加載范圍取橋面全寬；汽車荷載根據(jù)全橋換算車載系數(shù)在行車道范圍內(nèi)進行橫向移動加載。

本文根據(jù)橫梁支座布置形式，建立4類工況橫梁模型，支座沿橫梁縱向?qū)ΨQ布置，其中工況1～工況3，按3支座布置，支座間距分別為6.5 m、7.5 m、8.5 m；工況4按4支座布置，支座間距為5.5 m。其中工況1有限元模型如圖2所示。

圖2 工況1橫梁有限元模型

4 結(jié)果分析

該高架橋橫梁按鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計，經(jīng)計算得知，彎矩、剪力等因具有較高的安全富余而不作為橫梁的控制設(shè)計條件，最小裂縫寬度往往成為橫梁的控制設(shè)計條件。此外，對于多支座布置橫梁，由于支座布置個數(shù)、位置的不同，各支座支反力大小分布不均，導(dǎo)致支座選型因最大支反力的不同而引起差異。因此，本文將著重對橫梁的裂縫寬度及支座反力效應(yīng)進行分析，以便得出合理的支座布置方式。

4.1 橫梁裂縫效應(yīng)分析

橫梁邊支點頂緣、中支點頂緣及支點跨間截面底緣裂縫寬度如圖3所示。

圖3 橫梁控制截面裂縫寬度

由圖3可見，當(dāng)橫梁布置3個支座，支座間距為6.5 m時，邊、中支點頂緣最大裂縫寬度分別為0.216 mm、0.026 mm，邊支點頂緣裂縫寬度遠遠大于中支點頂緣裂縫寬度，并大于規(guī)范限值0.2 mm的要求。分析可知，對于該模型，邊支點頂緣裂縫寬度僅跟邊支點距橋面端部的懸臂長度值有關(guān)，當(dāng)支座間距為6.5 m時，該值達5.35 m，邊支點處杠桿效應(yīng)明顯，致使邊支點頂緣處出現(xiàn)較大的裂縫，相反，中支點頂緣裂縫寬度則較小。

當(dāng)支座布置個數(shù)仍為3個，而支座間距分別增大至7.5 m及8.5 m時，邊支點距橋面端部的懸臂長度分別為4.35 m、3.35 m，此時邊支點頂緣的裂縫寬度分別減小至0.129 mm、0.049 mm，中支點頂緣的裂縫寬度分別增大至0.081 mm、0.143 mm。隨著支座布置間距的線性增大，邊支點頂緣裂縫寬度線性減小，而中支點頂緣裂縫寬度線性增大，邊、中支點跨間截面底緣的裂縫寬度變化規(guī)律與中支點頂緣裂縫寬度類似。結(jié)果表明，當(dāng)支座布置間距線性增大時，邊支點處的杠桿效應(yīng)逐漸減弱，導(dǎo)致邊支點頂緣裂縫寬度逐漸減小，而中支點頂緣裂縫寬度逐漸增大，且當(dāng)支座間距為7.5 m時，邊支點頂緣裂縫寬度與中支點頂緣裂縫寬度差值百分比為37.5%，較支座間距為6.5 m、8.5 m時的87.9%、-191.8%時小(正值表示減小，負值表示增大)?？梢姡嬖谝粋€最小支座間距，使得邊支點頂緣的裂縫寬度低于規(guī)范限值0.2 mm；存在一個裂縫最優(yōu)支座間距，使得邊、中支點頂緣的裂縫寬度相等，根據(jù)線性差值可知，該橋最小支座間距為6.70 m，即須保證邊支點距橋面端部的懸臂長度最小值為5.15 m，而裂縫最優(yōu)支座間距為7.84 m。

而當(dāng)橫梁按4支座布置，布置間距為5.5 m時，邊支點距橋面端部的懸臂長度為3.60 m，該值為各工況中最小，此時邊、中支點頂緣及支點跨中截面底緣的裂縫寬度均較小，最大值僅為0.085 mm，且各位置處最大裂縫值相當(dāng)。

可見，當(dāng)支座布置個數(shù)相同，為控制邊支點頂緣的裂縫寬度，且使得邊支點頂緣與中支點頂緣的裂縫寬度相當(dāng)并處于合理值范圍，可采取減小邊支點距橋面端部的懸臂長度值的措施，也即增大支座間距。但相較于增加支座間距，通過增加支座個數(shù)以減小邊支點距橋面端部的懸臂長度來控制橫梁裂縫寬度效果更加明顯。

4.2 橫梁支座反力效應(yīng)分析

橫梁邊支點及中支點在荷載標準值組合下支反力大小如圖4所示。

圖4 邊、中支點支反力值

由圖4可見，當(dāng)橫梁布置3個支座，支座間距為6.5 m時，邊支點、中支點最大支反力分別為14 276.5 KN、7 466.3KN，支座間距分別增大至7.5 m、8.5 m時，邊支點最大支反力分別減小至11 924.3 KN、10 038.7 KN，而中支點的最大支反力分別增大至11 844.1 KN、15 376.7 KN。分析可知，當(dāng)支座布置個數(shù)相同，隨著支座間距的增大，邊支點最大支反力線性減小，中支點支反力線性增大。對于本橋模型，布置3支座時，支座間距為7.5 m可使邊、中支座支反力值相當(dāng)，二者差值僅為0.67%。由于邊、中支點反力值與邊支點距橋面端部的懸臂長度與支座跨間長度的比值相關(guān)，當(dāng)支座間距為7.5 m時，該比值為0.58，也即對三支座布置橫梁，為使邊、中支點最大反力值相當(dāng)，可控制邊支點距橋面端部的懸臂長度與支座跨間長度的比值在0.58附近。

而當(dāng)橫梁布置4個支座，支座間距為5.5 m時，邊、中支點的最大支反力分別為9 105.1 KN、8 843.4 KN，二者相差也較小，差值為2.87%，但其最大值分別較布置3支座、支座間距為7.5 m時小23.6%、25.3%。該種支座布置方式不僅可減小支座使用型號，還使下部結(jié)構(gòu)受力更為有利。

5 結(jié) 論

(1)為控制邊支點頂緣裂縫寬度小于規(guī)范值，邊支點距橋面端部的懸臂長度最小值為5.15 m。

(2)對3支座布置橫梁，為使邊、中支點最大反力值相當(dāng)，可控制邊支點距橋面端部的懸臂長度與支座跨間長度的比值在0.58附近。

(3)對本文分析模型，結(jié)合裂縫寬度、支座反力分析結(jié)果及相關(guān)工程設(shè)計經(jīng)驗，當(dāng)采用3支座布置時，支座間距采用7.5 m較為合理。

(4)當(dāng)支座布置未受限制時，橫梁布置4支座較3支座對控制橫梁裂縫寬度、支反力大小及下部結(jié)構(gòu)受力更為有利。