曲線連續梁橋支座反力分析

陳彬

河南省交通科學技術研究院有限公司（450000）

曲線連續梁橋支座反力分析

陳彬

河南省交通科學技術研究院有限公司（450000）

以四跨連續梁橋為背景，采用有限元軟件MIDAS/Civil和MIDAS/FEA進行建模分析，研究了曲線連續橋，在恒載作用下支座反力分布的規律；采用MIDAS/Civil建立一系列不同曲率半徑的曲線連續梁橋，研究了恒載作用下支座反力隨曲率半徑變化的規律。經研究得出：恒載作用下，曲線連續梁橋曲線外側支座反力大于曲線內側支座反力，隨著曲率半徑的增大，內、外側支座反力、內、外側支座反力比值以及內、外側支座反力分配均呈非線性變化的規律。

曲線連續梁橋；曲率半徑；支座反力

0 引言

曲線連續梁橋廣泛應用于地形條件惡劣區域的公路橋梁和城市市政立交橋的匝道橋。曲線橋由于自身的特點，與直線橋受力特點略有不用，最突出的特點如下：

1）在自重和外荷載作用下，梁截面產生彎矩的同時，必然伴隨產生“耦合扭矩”，即彎扭耦合作用[1-2]。

2）對于橋臺設抗扭支座的曲線梁橋，其曲線外側支座反力大于曲線內側支座反力[1-3]。

這里將以四跨連續梁橋為背景，分析恒載作用下，主梁支座反力分布的規律，并研究隨著曲率半徑變化，支座反力的變化規律。

1 工程概況及有限元建模

1.1 工程概況

這里以四跨連續梁橋為背景，跨徑組成：（4× 30）m，上部結構為單箱單室截面，上部結構曲率半徑為150 m，主梁采用C50混凝土。箱梁截面尺寸如圖1所示。

圖1 箱梁截面尺寸（cm）

上部結構橋臺處設置雙支座，曲線內側為單向活動支座,曲線外側為雙向活動支座，1#～3#橋墩為獨柱墩，設置單支座，1#墩、3#墩為雙向活動支座，2#墩為固定支座。

1.2 有限元建模

采用有限元軟件MIDAS/Civil和MIDAS/FEA分別對該橋建立梁單元模型和實體單元模型，梁單元模型共68個節點，60個單元，實體單元模型共15 551個節點，46 387個單元。梁單元和實體單元模型如圖2所示。

圖2 梁單元和實體單元模型

2 曲線連續梁橋支座反力分析

恒載作用下，梁單元和實體單元計算出的支座反力見表1。

從表1中可以看出，兩種單元計算的橋臺曲線外側支座反力均大于曲線內側支座反力。這與曲線梁橋的一般規律相符。此外，梁單元計算出的橋臺處雙支座處的支座反力和實體單元計算的結果偏差稍大，梁單元計算的橋臺處曲線內側支座反力偏大，曲線外側支座反力偏小。獨柱墩上的支座反力基本相當。

表1 恒載作用下主梁支座反力

3 曲率半徑對曲線連續梁橋支座反力的影響

通過建立一系列不同曲率半徑的曲線連續梁橋，對比恒載作用下不同曲率半徑的曲線梁橋的支座反力。各曲線梁橋支座反力如表2所示。隨曲率半徑變化，支座反力的變化規律如圖3所示。

表2 恒載作用下各曲線梁橋支座反力（kN）

圖3 各曲線梁橋支座反力變化規律圖

從表2和圖3中可以看出，隨著曲率半徑的增大，獨柱墩處的支座反力變化較小，橋臺處曲線內側的支座反力增大，曲線外側的支座反力減小。直線橋時雙支座的支座反力值相等。同時采用3次曲線可以很好的擬合支座反力與曲率半徑的關系，因此隨著曲率半徑線性增大，橋臺處支座反力呈非線性變化趨勢。

表3 恒載作用下各曲線梁橋橋臺處內外側支座反力對比表

從表3可以看出，隨著曲率半徑增大，橋臺處總支反力基本相等，說明曲率半徑只影響內外側支反力分配，但不影響總支反力大小。隨著曲率半徑增大，橋臺處內外側支座反力與總支座反力的比值呈非線性變化規律。

4 結論

1）恒載作用下，隨著曲率半徑增大，獨柱墩處的支座反力變化較小，橋臺處曲線內側的支座反力增大，曲線外側的支座反力減小。

2）恒載作用下，采用3次曲線可以很好的擬合支座反力與曲率半徑的關系，因此隨著曲率半徑線性增大，橋臺處支座反力呈非線性變化趨勢。

3）恒載作用下，曲率半徑只影響內外側支反力分配，但不影響總支反力大小。且隨著曲率半徑線性增大，橋臺處內外側支座反力與總支座反力的比值呈非線性變化規律。

[1]陳寶春.橋梁工程[M].北京：人民交通出版社,2009.

[2]楊昀,周列茅,周勇軍.彎橋與高墩[M].北京：人民交通出版社,2011.

[3]姚玲森.橋梁工程[M].北京：人民交通出版社,2008.