斜交橋斜交角度對支座反力的影響分析

徐東陽

0 引言

設計城市橋梁中,往往由于周圍環境的條件限制,通常會采用斜橋、彎橋等復雜形式橋梁結構,這些橋梁具有不同于直線橋的受力性能,因此對它們進行深入的研究具有重要的顯示意義。在本文中,針對斜交橋,研究不同的斜交角度對支座反力的影響。

現有橋梁設計計算方法中,最常規的是平面梁單元模型,本次計算采用空間梁格法,其原理是將箱梁梁肋處理為若干片主梁,考慮箱梁在荷載作用下的縱向受力和變形,橫向的受力和變形則由只提供剛度沒有自重的虛擬橫梁進行模擬,能較好地反映斜交橋在恒荷載和活荷載下的縱向、橫向受力特征。

1 建立梁格模型

本文采用Midas/Civil建立柔性梁格法對24+36+24三跨連續梁分別采用 10°,20°,30°,40°斜交角度建模,分析不同斜交角度對支座反力的影響,同時與同等跨度的直線橋支座反力進行對比。

箱梁截面(截面垂直于橋梁軸線)尺寸如圖1所示,橫隔梁沿軸線的寬度為1.8 m。

支座的空間布置如圖2所示,支座1約束方向為dz,支座2的約束方向為dy,dz,支座3的約束方向為dx,dz,支座4的約束方向為dx,dy,dz。箱梁被分為四根縱梁,在劃分縱梁時,確保縱梁的中性軸在同一高度。截面的抗彎剛度,抗扭剛度以及剪切面積的調整見文獻[1]。

Midas/Civil直交橋空間模型如圖3所示。

Midas/Civil斜交橋空間梁格模型如圖4所示。

2 計算結果

據表1,圖5可看出,在恒載作用下,隨著斜交角度的增大,支座1的支撐反力迅速增加,在10°,20°,30°,40°時支座 1的豎向反力分別為直交橋情況下的1.02倍,1.06倍,1.13倍,1.22倍。而支座2變化不大,變化趨勢見圖5。斜交橋的支座2反力比直交橋的反力略偏小。同時支座1和支座2的反力值差值隨著斜交角度的增大而增大。

表1 邊支座恒載作用下支座反力

表2 中支座恒載作用下支座反力

表3 移動荷載最大效應作用下邊支座反力

據表2,圖6可看出,在恒載作用下,斜交角度對中支座反力影響比較大,支座3反力隨著斜交角度的增大而減小,支座4的豎向反力隨著斜交角度的增大而增大。斜交橋支座反力與直交橋支座反力比值隨斜交角度的變化趨勢見圖6。同時支座3和支座4的反力值差值隨著斜交角度的增大而增大。

表4 移動荷載最大效應作用下中支座反力

本橋為四車道,移動荷載的最大效應為四車道滿載情況。從表3,表4可以看出,在移動荷載作用下,無論是邊支座反力,還是中支座反力,對斜交角度的影響都很敏感,相對于直交橋反力增加很大。而對于不同角度的斜交橋,邊支座和中支座的反力隨著斜交角度的增加而略有增加。同一橫梁下的兩個支座反力值相差不大。

表5 移動荷載最小效應作用下邊支座反力

表6 移動荷載最小效應作用下中支座反力

移動荷載的最小效應為兩車道偏載情況,斜交角度的影響比較明顯,見表5,表6。此時邊支座和中支座的支撐反力隨著斜交角度的增加而有較大幅度地增加,見圖7和圖8,兩邊支座反力值相差較大,兩中支座反力值相差較小。

[1] E.C.漢勃利.橋梁上部構造性能[M].北京:人民交通出版社,1982.

[2] 范立礎.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2000.

[3] 戴公連,李德建.橋梁結構空間分析設計方法與應用[M].北京:人民交通出版社,2001.

[4] 李平杰,馬牛靜.斜交橋極坐標系下的計算方法[J].山西建筑,2008,34(28):301-302.