小曲線連續剛構橋受力分析

滑 倩

（中鐵上海設計院集團合肥有限公司,安徽 合肥 230000）

0 引言

隨著我國交通事業快速發展，城市交通四通八達，曲線橋梁得到了廣泛應用，并已成為鐵路、公路、城市立交、高架橋梁中重要的結構形式。分析曲線橋梁的受力特征，橋梁結構應有利于抵抗彎矩、剪力、扭矩，更好地適應平面位移和轉動。預應力鋼筋混凝土連續剛構橋結構剛度大，整體性好、抗震性能好、具有較大抗扭潛力。連續剛構橋主梁連續并與橋墩固結，連續梁橋行車順暢，剛構不需要轉換體系，在曲線橋梁設計中得到了廣泛的應用。

1 項目背景

新建合肥派河港鐵路物流基地位于安徽省合肥市經濟開發區內。該工程接軌點處既有軌面高程為21.76 m，線路自廠內站西端接軌后，順接既有坡度，保持既有3‰的上坡走行325 m跨越蓬萊路和紫石路，于K8+900處變坡3.5‰的下坡跨越云谷路，再以4.0‰的下坡跨越規劃路，后以1.0‰的下坡東行420 m，軌面標高為17.82 m，以平坡進入派河站，線路全長3.487 km。

云谷路為城市主干道，雙向六車道，道路紅線寬度為60 m。設計采用鋼筋混凝土斜交連續剛構橋跨越，起終點里程為K9+354.9～K9+456.1，曲線半徑R=500 m，橋跨布置為（26+33+26）m，橋墩與既有道路斜交36°，橋梁全長為101.2 m，橋型布置圖見圖1。

圖1 橋型布置圖（單位：cm）

梁體截面為單箱單室、等寬度的箱型截面，跨中截面處梁高2.0 m，墩梁固結處梁高3.0 m；墩身為混凝土實體墩，墩厚為1.5 m，墩頂局部加厚至2.0 m，墩梁固結。梁部采用貝雷梁膺架法現澆施工。

2 設計荷載

根據《鐵路橋涵設計規范》（TB10002—2017）[1]，綜合考慮恒載、活載、附加力。恒載主要包括結構自重、附屬設備自重、基礎不均勻沉降等；活載主要包括列車ZKH活載、橫向搖擺力、曲線橋離心力；附加力主要包括溫度變化影響力、制動力、牽引力。

根據《鐵路橋涵設計規范》[1]（TB10002—2017）第4.4.1條進行荷載組合，分為主力組合、主+附組合、主+特組合。

3 有限元模型分析

該項目采用有限元分析軟件建立模型[2]，計算恒載、收縮徐變、體系溫度、局部溫差、支座不均勻沉降、活載等荷載，得出支反力及內力、變形等。收縮徐變按3 650天計算。

主梁按預應力混凝土構件[3]設計，各指標檢算采用“Civil Designer”檢算程序。

3.1 模型建立

連續剛構橋采用邁達斯縱向計算，承臺底部輸入基礎底剛度，剛度計算采用B89樁基模擬。詳見圖2與圖3。

圖2 單元劃分圖

圖3 全橋空間計算模型

3.2 內力分析

利用有限元軟件進行分析計算，提取不同荷載組合下的計算結果：①主力組合；②主+附組合；③主+特組合。

3.2.1 主力作用下計算結果

通過有限元軟件計算得出連續剛構橋在主力作用下的內力圖，詳見圖4～6。

圖4 主力作用下彎矩圖

3.2.2 主力+附加力作用下計算結果

通過有限元軟件計算得出連續剛構橋在主加附作用下的內力圖詳見圖7～9。

圖7 主加附作用下彎矩圖

3.3 不同曲率半徑受力性能分析對比

在云谷路受力性能計算基礎上，保持橋梁跨度、橋墩墩高、預應力鋼筋配置等不變情況下，改變橋梁的曲率半徑建立模型。采用Midas Civil 2021軟件分別建立直線、曲率半徑R=1 000 m的空間有限元模型。

提取不同工況條件下主梁內力進行分析對比，詳見表1。

根據表1內力對比分析得出[4-5]：

表1 主梁內力分析對比表 /（kN·m）

（1）隨著曲線曲率半徑減小，主梁墩頂周圍彎矩隨之減小，但減小幅度較小，設計時認為曲率半徑對主梁彎矩的影響可忽略不計。

圖5 主力作用下扭矩圖

圖6 主力作用下剪力圖

圖8 主加附作用下扭矩圖

圖9 主加附作用下剪力圖

（2）隨著曲線曲率半徑減小，主梁墩頂周圍扭矩隨之增大且增幅較大，故設計時曲率半徑對主梁扭矩的影響不可忽略。

4 結論與建議

隨著城市交通的高速發展，為減少征拆，提高土地使用率，曲線梁橋得到了廣泛應用，已成為城市交通橋梁設計中的首選。該文從工程實際出發，對曲線連續剛構橋受力進行了分析。

相比直線梁橋、大曲線半徑梁橋，云谷路連續剛構主梁彎矩變化不大，但扭矩明顯增大，故在工程設計中應充分考慮曲率半徑對扭矩的影響。