多跨斜交現(xiàn)澆箱梁支座布置方式分析

王趁江

(珠海市斗門區(qū)白藤湖旅游城集團公司，廣東 珠海 519100)

隨著現(xiàn)代交通設(shè)施的大力發(fā)展，公路、城市立交日益增多，受用道路總體線形的限制，橋梁在跨越河流、道路、站場等障礙物時，隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)出現(xiàn)了能夠很好的適應(yīng)地形、改善道路線性，降低工程造價的斜交橋梁。常規(guī)的斜交橋通常采用預(yù)制簡支結(jié)構(gòu)形式，近年來因景觀和跨越障礙物的特殊要求，斜交橋梁選用抗彎、抗扭剛度和安全系數(shù)高的等截面和變截面現(xiàn)澆箱梁。

1 計算方法

常規(guī)的橋梁計算采用的平面桿系模型，但是平面桿系模型計算只能反映出平面受力特性，不能夠真實反映出橋梁的空間受力特性，如橋梁的橫向受力，支座的空間受力不能反映出來，對于斜交箱梁這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)需用空間模型計算，如空間實體模型、板殼模型能更好的反映橋梁的實際受力結(jié)構(gòu)，但是工作量比較大，建模過程中模擬不準確容易出錯，造成分析失真現(xiàn)象，采用梁格法可避免以上問題，也能反映出結(jié)構(gòu)的受力情況，滿足設(shè)計需要。

用等效梁格代替橋梁上部結(jié)構(gòu)，將分散在板、梁每一區(qū)段內(nèi)的彎曲剛度和抗扭剛度集中于最鄰近的等效梁格內(nèi)，實際結(jié)構(gòu)的縱向剛度集中于縱向梁格構(gòu)件內(nèi)，橫向剛度集中于橫向梁格內(nèi)。理想的剛度等效原則是：當(dāng)原型實際結(jié)構(gòu)和對應(yīng)的等效梁格承受相同的荷載時，兩者的撓曲將是恒等的，并且每一梁格內(nèi)的彎矩、剪力和扭矩等于該梁格所代表的實際結(jié)構(gòu)部分的內(nèi)力。由于實際結(jié)構(gòu)和梁格體系在結(jié)構(gòu)特性上的差異，這種等效只是近似的，但對一般的設(shè)計，梁格法的計算精度是足夠的。在劃分縱梁時,確保縱梁的中性軸在同一高度。截面劃分、截面的抗彎剛度等效、抗扭剛度等效以及剪切面積的調(diào)整見文獻[1]。

2 實例分析

某公路和高鐵紅島存車場存在立體交叉，應(yīng)規(guī)劃要求拆除原公路后和存車場同步實施，公路與高鐵紅島存車場交叉角度為70°，新建一座分離式立交上跨存車場，橋長1 227.1 m，單幅橋梁寬度為18.75 m，橋面全寬38 m。橋梁引橋部分采用35 m跨徑的小箱梁，跨越高鐵存車場及高鐵線部分采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，跨徑組合為44 m+60 m+44 m變截面連續(xù)箱梁、40 m+40 m及42 m+42 m等截面連續(xù)箱梁、40 m+60 m+60 m+40 m變截面連續(xù)箱梁，等截面部分采用梁高為2.4 m單箱三室箱梁，變截面部分采用梁高為2.4 m～3.7 m單箱三室箱梁，箱梁懸臂長度為2.5 m，支座間距6.5 m。橋墩高度14 m～17.5 m。本文采用MIDAS對本立交的對荷載影響下的斜交箱梁支座受力進行分析。

2.1 支座布置方式

本次分析支座的布置方式采用兩種，一種方式為常用的正交現(xiàn)澆箱梁的布置方式(見圖1)，另外一種為計算分析后支座布置方式(見圖2)。

支座的空間坐標為dx(順橋向)、dy(橫橋向)、dz(豎向)，其中在后面支座約束表達中，1為約束支座方向，0為釋放支座約束方向。

2.2 計算分析

通過建立MIDAS計算模型，斜橋由于平行四邊形的平面形狀，其支承活動方向比正交橋梁復(fù)雜。如果某一端點布置成固定支座，則全橋可以看成圍繞這一點縮放的圓板中的一部分。要使斜橋能自由變形，每個支承的活動防線必須通過該點，而每個支承固定的方向必須垂直于支承點與該點的連線。若支座的布置方式和正交橋梁布置方式一樣，在荷載作用下存在固定支撐墩處不同支點截面存在變形不協(xié)調(diào)現(xiàn)象，造成支座縱向固定方向出現(xiàn)很大水平力，對橋墩或支座存在一定程度破壞風(fēng)險。

表1 標準組合不同支撐模式下支反力匯總表

通過計算分析分別對42 m+42 m,44 m+60 m+44 m,40 m+60 m+60 m+40 m三種不同跨徑，兩種支撐方式下，水平力最大荷載標準組合情況下的支反力見表1。

通過表1可以看出，支座布置方式1的設(shè)置三種跨徑的支座，在固定墩兩個支座分別交替出現(xiàn)順橋向方向相反的1 800 kN左右的水平力和200 kN～650 kN左右水平力，一般情況下選用的支座為水平承載力為豎向承載力的10%～15%，那么這就可以看出，固定墩處支座完全可以承受荷載變形引起的水平力和制動力之和，那么這些水平力通過支座完全傳遞到了橋墩和樁基部分，使得下部結(jié)構(gòu)承受很大的彎矩，這么大的彎矩作用下，要使得橋墩設(shè)計滿足規(guī)范要求，橋墩的截面就很大，樁基就需要加大截面或增加樁基數(shù)量滿足荷載要求，并且在荷載作用下，使得固定墩處兩個支座承受不斷轉(zhuǎn)換的水平力，使得支座的使用壽命大大降低。

通過表1可以看出，支座布置方式2設(shè)置三種跨徑的支座，橋梁在順橋向的水平力為0，只是在固定支座和單向支座的橫橋向出現(xiàn)比較小的橫向水平力，對于支座的和橋墩橫向影響非常小，是一種比較合理受力形式，滿足設(shè)計要求。

3 結(jié)語

1)對于斜交橋梁，我們不能簡單按平面桿系單元建模進行分析計算，對于縱向計算影響不大，考慮箱梁在荷載作用下的縱向受力和變形,應(yīng)結(jié)構(gòu)平行四邊形的受力和變形特性，需要通過梁格法分析橫向的受力和變形，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，指導(dǎo)設(shè)計設(shè)置合理支座布置形式。

2)通過支座對三種跨徑支座計算分析，斜交現(xiàn)澆橋梁支座布置不能簡單的按正交的方式處理，需經(jīng)計算分析后設(shè)置合理的支座布置形式，支座布置方式2能夠比較合理的反映橋梁的受力形式，合理支座布置不僅保證橋梁結(jié)構(gòu)安全、降低造價、減輕后期橋梁養(yǎng)護工作，還能提高橋梁的美觀。