基于荷載橫向分布的20 m 斜交梁式橋支座選型精確分析

黃傳進

（福建路發工程勘察設計有限公司，泉州 362000）

1 工程概況

某公路橋由一跨7 片裝配式斜交梁式橋組成，跨徑為20 m，由于斜交角度的存在，預制7 片梁長分別為18817 mm、19161 mm、19505 mm、19850 mm、20194 mm、20539 mm 和20883 mm。 主梁采用矮T梁結構形式，梁高度1.1 m，梁間距1.55 m，其中內梁預制寬度1.0 m、邊梁預制寬度1.05 m，翼緣板中間濕接縫寬度0.55 m。 主梁跨中肋厚0.30 m，兩端部均勻加厚段0.40 m。簡支斜T 梁橋型布置與橫斷面圖如圖1 所示。 其中第三孔小樁號側橋寬B=10475.6 mm，濕接縫b=561.4 mm，大樁號側橋寬B=10768.3 mm，濕接縫b=610.4 mm。

所采用的主要技術標準和材料為：（1） 設計安全等級：一級；設計荷載：公路-I 級；（2）設計行車速度：80 km/h；（3）主梁為C50 混凝土，混凝土彈性模量為3.45×104MPa[1]，混凝土的容重為26 kN/m3，鋪裝瀝青混凝土容重為24 kN/m3；鋼絞線采用強度為1860 MPa 的鋼絲，彈性模量為1.95×105MPa，張拉控制應力為1860×0.75=1395 MPa，鋼絞線松弛系數為0.3，孔道磨阻系數和偏差系數為0.25 和0.0015。

2 模型建立與工況分析

采用結構分析軟件Midas/Civil， 根據橋孔平面布置情況建立主梁梁格，為精確分析，縱向主梁和濕接縫單元均建立為梁單元，橫向采用無質量梁單元使橋面形成整體，同時考慮橫隔板自重及剛度作用，所建立的空間梁格模型如圖2 所示。

圖2 有限元模型及其平面圖

由于空間梁格模型，無法實現橋面移動荷載的隨機加載情況，基于空間梁格模型，通過分析3 種工況下單梁荷載橫向分布效應，以確定單梁受力狀態[2]，所選取的3 種工況分別是支座截面、1/4 跨截面和1/2 跨截面位置， 通過移動荷載在所選取截面位置處的橫向加載，提取每片梁剪力最不利布置時各片主梁剪力值，通過該主梁剪力值（比如第一片梁剪力F1） 與該移動荷載工況下所有主梁剪力值（F1，F2，…，F7）之和的比值以獲得單梁的荷載橫向分布效應η1[3]，如式（1）所示。

每片T 梁端部均設置單只座，支座位置與影響線作用位置（即荷載橫向分布效應計算原理）如圖3所示。

圖3 支座布置與影響線作用位置說明

3 結果分析

3.1 各片梁移動荷載橫向分布效應

正交梁計算各片主梁荷載橫向分布效應時，往往以跨中截面為計算關注截面，而斜T 梁分析時需要增加幾處關注截面， 此時采用圖3 影響線模式，以1/4 跨截面和1/2 跨截面為關注截面進行橫向分布效應分析，計算結果見表1。

就該簡支斜T 梁而言，較短的邊梁荷載橫向分布系數最大。 中梁的荷載橫向分布系數在靠近邊梁處較大，其中2# 和6# 中梁荷載橫向分布系數基本相同。 1/4 跨截面位置雙車道布置時中梁橫向分布效應稍高于1/2 跨截面，綜合考慮跨徑、橫向分布效應及其位置信息，單梁分析時以1# 邊梁、6# 中梁及7# 邊梁為關注對象， 橫向分布系數分別統一取0.4754、0.4298 和0.4463，計算結果可供單梁分析提供參考。

3.2 支座反力移動荷載橫向分布效應

有限元分析時，結構恒載是確定的，而活載作用位置不同對支座反力的影響不同。 圖3 中首支座和尾支座受力相似，為了較為準確地分析支座反力數值大小，充分考慮橋面活載縱橫向分布效應，以首支座為關注對象，分別取支座截面、1/4 跨截面和1/2 跨截面計算活載不同作用位置時的支座豎向反力影響線，以得到相應的支座反力橫向分布效應，確定恒活載作用下的支座反力大小。 為方便起見，以1/4 跨徑截面為例，所得到的首支座反力影響線如圖4 所示。

表1 各片梁移動荷載橫向分布效應計算結果

圖4 支座豎向反力影響線

按照以上方法，在求得支座截面、1/4 跨徑截面和1/2 跨徑截面橫向分布效應的基礎上， 取首支座1、首支座6 和首支座7 為關注位置，按照橫向分布效應縱向布置車道， 考慮其他荷載進行標準組合后，得到該3 處支座豎向反力見表2。

表2 首支座豎向反力匯總

主梁支座選用規格為GJZF4250×300×54，由《公路橋梁板式橡膠支座規格系列》（JTT663-2006）查得最大承壓力均為696 kN[4]，滿足設計要求。

4 結論

基于結構分析軟件Midas/Civil， 建立了簡支斜交T 梁的梁格分析模型，所得的主要結論如下：

（1） 通過1/4 跨截面和1/2 跨截面橫向移動荷載分析得到了各片單梁的荷載分布效應，為類似結構進行單梁分析提供理論支撐。

（2） 通過支座截面、1/4 跨截面和1/2 跨截面橫向移動荷載分析， 得到了各支座橫向分布效應，進而確定了標準組合下支座豎向支反力，為類似結構支座選型提供參考。