曾天寶，黃筱淇

（南昌市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院，江西 南昌330038）

0 引 言

在中小跨徑橋梁建設(shè)中，由主梁和橫隔板組成的裝配式梁橋得到了廣泛應(yīng)用。近來(lái)，人行天橋等景觀橋梁，考慮到各種折線、曲線美，常常設(shè)計(jì)出一些折線、曲線橋梁。這些橋梁的力學(xué)行為與正交梁橋的力學(xué)行為存在較大區(qū)別，主要表現(xiàn)在斜向支承的存在導(dǎo)致彎曲和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)組合，且主梁空間受力明顯[1，2]。研究斜梁橋支座布置形式對(duì)斜梁橋力學(xué)行為的影響對(duì)工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。

目前，連續(xù)直線斜梁橋和簡(jiǎn)支斜梁橋的研究成果相對(duì)較多[3-7]，針對(duì)連續(xù)折線形斜梁橋力學(xué)行為的研究成果相對(duì)較少。He 等[2]研究了動(dòng)力荷載作用下斜梁橋的力學(xué)行為。黃平明[3]采用彈性橫梁-相干支承法對(duì)斜梁橋中的豎向力與扭矩分布進(jìn)行了研究，通過(guò)模型試驗(yàn)驗(yàn)證了數(shù)值模擬結(jié)構(gòu)的正確性。馮電等[4]研究了彈性支撐和剪切變形對(duì)單跨斜梁橋受溫度影響的次內(nèi)力作用。劉正旭等[5]利用梁格法研究了不同支承剛度及橫梁剛度對(duì)整個(gè)斜梁橋的受力影響，發(fā)現(xiàn)支承剛度越小，支反力越均勻。鄭雄飛等[6]將廣義梁格法應(yīng)用于斜梁橋中，并利用模型試驗(yàn)驗(yàn)證了該理論的可行性和準(zhǔn)確性。夏淦[7]認(rèn)為連續(xù)折線形斜梁橋受力特性不同于連續(xù)直線斜梁橋。因此，很有必要對(duì)連續(xù)折線形斜梁橋受力特性進(jìn)行深入研究分析和討論。

現(xiàn)以景觀人行天橋?yàn)楣こ瘫尘?，采用有限元分析方法?duì)兩種支座布置方式下橋梁承受恒載和溫度作用效應(yīng)受力情況進(jìn)行研究。研究成果可對(duì)該類橋支座布置提供設(shè)計(jì)思路。

1 工程概況

艾溪湖四路人行天橋位于昌東大道和艾溪湖四路交叉口南側(cè)，上跨昌東大道，橋梁按斜跨總長(zhǎng)為141.141 m，如圖1 所示。

圖1 艾溪湖四路人行天橋效果圖

天橋主梁采用單箱單室，中間共6 跨，兩端懸臂，其跨徑按斜長(zhǎng)分布：3 m（懸臂）+20.322 m+21.712 m+24.517 m+23.266 m+25.298 m+20.026 m+3m（懸臂）=141.141 m。每跨斜角和橋面寬度都不一樣，具體參數(shù)見(jiàn)表1 所列。箱梁跨中腹板寬0.5 m，支點(diǎn)腹板寬0.6 m，翼緣板懸臂長(zhǎng)度0.5 m。主梁支座采用雙支座，支座中心間距2 m，橋墩支撐軸線方向相互平行，主梁平面如圖2 所示。

橋墩共7 個(gè)，編號(hào)為0#～6# 橋墩。考慮主梁、支座和橋墩受力，將1#～5# 橋墩分別朝鈍角方向偏移0.8 m，墩頂支座相對(duì)主梁軸線偏心0.8 m；3# 墩頂設(shè)置一個(gè)固定支座和一個(gè)單向支座，單向支座滑移方向與主梁支承軸線方向一致；2# 和4# 墩頂分別設(shè)置一個(gè)單向支座和一個(gè)雙向支座，支座主滑移方向與主梁軸線一致；其余墩頂均設(shè)置雙向支座。為滿足墩頂支座布置要求，將箱梁底板加寬，墩頂主梁橫梁位置處將邊角削平。

表1 橋梁參數(shù)表

圖2 主梁平面布置圖（單位：cm）

2 計(jì)算模型

采用Midas/Civil 2015 建立了該橋梁的有限元模型，如圖3 所示，其中梁?jiǎn)卧?4 個(gè)，節(jié)點(diǎn)78 個(gè)。為了研究支座形式對(duì)該橋梁力學(xué)行為的影響規(guī)律，假定兩種支座模型：（1）每個(gè)墩頂設(shè)置一個(gè)單向支座和一個(gè)雙向支座，支座主滑移方向與支承軸線垂直，支座不偏心設(shè)置。（2）考慮主梁、支座和橋墩受力，將1#～5# 橋墩分別朝鈍角方向偏移0.8 m，墩頂支座相對(duì)主梁軸線偏心0.8 m；3# 墩頂設(shè)置一個(gè)固定支座和一個(gè)單向支座，單向支座滑移方向與主梁支承軸線方向一致；2# 和4# 墩頂分別設(shè)置一個(gè)單向支座和一個(gè)雙向支座，支座主滑移方向與主梁軸線一致；其余墩頂均設(shè)置雙向支座。具體布置如圖4和圖5 所示。

圖3 空間有限元模型

圖4 模型一支座布置形式大樣圖

3 計(jì)算結(jié)果分析

在恒載和溫度作用下兩種模型的支反力如表2所列。由此可知，在恒載荷載作用下，模型一1#～5#橋墩銳角位置支反力為負(fù)值，鈍角位置支反力過(guò)大，主梁支座存在嚴(yán)重脫空現(xiàn)象；在溫度作用下，模型一主梁承受很大的水平反力，每個(gè)墩頂?shù)乃椒戳y形成的力偶和3# 墩頂水平反力Fx 形成的力偶相互平衡；墩頂支座承受正負(fù)相反的豎向反力，其中在系統(tǒng)溫度下，支座豎向正負(fù)反力大小相同，形成一個(gè)力偶，正好約束主梁的軸向扭轉(zhuǎn)，主梁內(nèi)不存在扭矩。模型二通過(guò)調(diào)整支座偏心、釋放支座約束和調(diào)整支座布置，很好地改善了恒載和集中荷載作用下的支座反力，解決了支座脫空現(xiàn)象，消除溫度作用下支座水平反力。

圖5 模型二支座布置形式大樣圖

圖6 為恒載荷載作用下模型豎向彎矩My 圖，圖7 為系統(tǒng)溫度作用下模型橫向彎矩Mz 圖，圖8 為梯度升溫作用下模型橫向彎矩Mz 圖。在圖6－圖8中，My 表示豎向彎矩，Mz 表示橫向彎矩。由此可知，溫度作用下，模型一主梁內(nèi)產(chǎn)生較大的橫向彎矩，其中，支點(diǎn)位置處橫向彎矩絕對(duì)值最大且大小基本相同，中跨和次中跨跨中橫向彎矩基本為零；還可知，溫度作用下，主梁伸縮變形引起的橫向彎矩與支座水平錯(cuò)位變形引起的彎矩形式相同。模型二主梁橫向彎矩基本為零，其支座布置可以很好地消除溫度作用引起的橫向彎矩。對(duì)比圖6 和圖7 可以發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)溫度作用下導(dǎo)致的主梁橫向彎矩基本與恒載作用下導(dǎo)致的主梁豎向彎矩大小相同，對(duì)主梁受力非常不利，設(shè)計(jì)中必須消除。

綜上分析可知，對(duì)于常規(guī)支座設(shè)置的折線斜梁橋，在恒載和集中荷載作用下，主梁支座鈍角位置支反力過(guò)大，銳角位置支反力過(guò)小，導(dǎo)致支座脫空；在溫度作用下，主梁自由伸縮受到支座的約束，導(dǎo)致支座承受較大水平反力和正負(fù)豎向反力，使主梁產(chǎn)生較大的橫向彎矩，這些都必須在設(shè)計(jì)中注意。這些不利受力因素可以通過(guò)調(diào)整支座偏心、釋放支座約束和調(diào)整支座布置予以消除。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文以艾溪湖四路人行天橋?yàn)楣こ瘫尘埃捎糜邢拊治龇椒▽?duì)兩種支座布置方式下橋梁受恒載和溫度荷載作用效應(yīng)進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明：

表2 荷載作用下支座反力表 單位：kN

圖6 恒載作用下模型豎向彎矩My 圖

圖7 系統(tǒng)溫度作用下模型橫向彎矩Mz 圖

（1）在溫度荷載作用下，常規(guī)支座橋梁支座承受較大水平反力，致使主梁承受較大橫向彎矩。設(shè)計(jì)支座橋梁墩頂支座通過(guò)調(diào)整支座偏心、釋放支座約束和調(diào)整支座布置的方法改善了支座受力。

圖8 梯度升溫作用下模型橫向彎矩Mz 圖

（2）在均布荷載和集中荷載作用下，常規(guī)支座橋梁主梁鈍角位置支反力過(guò)大，銳角位置支座反力過(guò)小，中間橋墩支座存在脫空現(xiàn)象。設(shè)計(jì)支座橋梁通過(guò)偏心設(shè)置主梁支座很好地解決支座脫空問(wèn)題。

（3）在工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)以中心橋墩為基準(zhǔn)，在中心橋墩墩頂布置單向支座和固定支座，將相鄰兩個(gè)橋墩頂單向支座主滑移方向與主梁軸線方向一致，以減小溫度作用對(duì)支座產(chǎn)生水平分力的影響；通過(guò)朝主梁鈍角方向偏移橋墩，偏心設(shè)置支座，以解決支座脫空問(wèn)題。