彎橋計(jì)算分析

邱金亮 方水平

0 引言

道路等級(jí)的提高和城市交通量的增大,使得大型公路立交橋和城市立交橋的建設(shè)如雨后春筍,斜橋、彎橋的數(shù)量也急劇增多。相對(duì)于直線橋而言,彎橋因受彎、扭耦合效應(yīng)的影響,其受力更為復(fù)雜。曲梁的扭矩比直梁要大許多,過(guò)大的扭矩給曲梁橋的上部結(jié)構(gòu)和支座的設(shè)計(jì)帶來(lái)困難,并且使得橋梁的建設(shè)投資增加。曲線梁橋支座多于一個(gè)時(shí),具有較強(qiáng)的抗扭約束能力,而中間的獨(dú)柱式點(diǎn)鉸式支座如果沿著梁的剪力中心線設(shè)置,就沒(méi)有抗扭約束能力,這樣的支座使得上部結(jié)構(gòu)的扭矩最大值較大,且沿著梁橋縱向分布極不均衡,引起材料和投資的加大。沿著曲線橋的徑向向外調(diào)節(jié)獨(dú)柱橋墩的位置,使其偏離梁的剪力中心線,可改善曲線梁橋內(nèi)力,節(jié)約材料。對(duì)曲率半徑較小的彎連續(xù)梁橋進(jìn)行分析計(jì)算,目前主要有兩種方法:1)選取單梁法,用單梁建模計(jì)算時(shí),把它簡(jiǎn)化成一根細(xì)梁或曲桿來(lái)計(jì)算,從而得到各個(gè)截面的內(nèi)力和位移,其結(jié)果雖然不能反映出撓度沿梁寬方向的分布情況,但此種方法建模簡(jiǎn)單、計(jì)算結(jié)果可以直接運(yùn)用截面設(shè)計(jì);2)選取梁格法,用梁格法建模進(jìn)行分析計(jì)算,可以得到撓度、內(nèi)力沿梁寬方向的分布值,用于施工控制很有必要,此種方法建模較復(fù)雜,計(jì)算結(jié)果需要一定的整理才能運(yùn)用于截面設(shè)計(jì)。

1 工程概況

軍山樞紐互通B匝道跨線橋是處于永修—武寧高速上的一座4跨一聯(lián)鋼筋混凝土箱形截面連續(xù)梁橋。橋梁曲率半徑為130 m,跨徑設(shè)置為19.9 m+28 m+28 m+19.9 m,橋梁全長(zhǎng)為103.92 m。橋梁平面位于圓曲線內(nèi),橋梁設(shè)置了5%的超高。2號(hào)橋墩為獨(dú)柱,橋梁支座采用盆式橡膠支座。橋梁總體布置見(jiàn)圖1。

2 模型建立

本橋用橋梁博士V3.10分別采用單梁法、梁格法進(jìn)行建模分析,主梁采用梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬。由于本橋的支座采用鉸支座,故模型中未考慮橋墩的影響,而直接將約束加在主梁相應(yīng)的位置。單梁法模型中劃分了115個(gè)單元,梁格法模型中劃分了501個(gè)單元。其計(jì)算模型如圖2,圖3所示。

3 計(jì)算結(jié)果及分析

按圖2,圖3兩種建模方法得到的模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析,其對(duì)比分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 兩種建模計(jì)算結(jié)果分析表

由表1分析可知:1)單梁法模型計(jì)算出來(lái)的彎矩較梁格法小,兩者相差值在5%左右,其差值在工程允許范圍之內(nèi),可以忽略不計(jì);2)單梁法模型計(jì)算出來(lái)的扭矩較梁格法大,兩者相差值在15%左右,其差值超出工程允許范圍,故彎橋設(shè)計(jì)和計(jì)算時(shí)必須考慮這兩種模型所得結(jié)果的差別;3)單梁法模型計(jì)算出來(lái)的裂縫較梁格法大,兩者相差值在5%左右,其差值在工程允許范圍之內(nèi),可以忽略不計(jì)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)兩種計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析可得出:單梁法計(jì)算出來(lái)的內(nèi)力較梁格法彎矩偏小,扭矩偏大,故對(duì)于較大半徑的彎橋,扭矩不控制設(shè)計(jì)時(shí),可以選擇單梁模型進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì),用單梁模型計(jì)算出來(lái)的內(nèi)力來(lái)控制截面設(shè)計(jì)和裂縫寬度計(jì)算是能滿足工程設(shè)計(jì)的要求;對(duì)于半徑較小的彎橋,扭矩控制設(shè)計(jì)時(shí),截面縱向鋼筋和裂縫寬度設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)單梁模型計(jì)算出的彎矩來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì),抗扭箍筋計(jì)算若采用單梁模型稍微偏保守一點(diǎn)。總之用單梁法計(jì)算出來(lái)的內(nèi)力來(lái)控制橋梁設(shè)計(jì)可以滿足工程設(shè)計(jì)的要求,特別對(duì)于橋梁初步設(shè)計(jì)階段,以減少?gòu)潣蛟O(shè)計(jì)計(jì)算的工作量。

[1] 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[S].

[2] JTG D60-2004,公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

[3] 孫廣華.曲線橋梁計(jì)算[M].北京:人民交通出版社,1997.

[4] 邵容光,夏 淦.混凝土彎梁橋[M].北京:人民交通出版社,1994.

[5] 戴公連,李德建.橋梁結(jié)構(gòu)空間分析設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用[M].北京:人民交通出版社,2001.