









中圖分類號:U448.28 文獻標志碼:A 文章編號:2095-2945(2025)20-0099-04
Abstract:Withtherapiddevelopmentofurbanconstruction,thenumberofurbanelevatedbridgesisincreasing.Forbridges withlargespansandsmallradi,stelboxgirderschemesareoftenused.Comparedtoconcretebeams,steeboxbeamshavea lighterselfweightandsmalerverticalreactionforce.Inurbanelevatedbridgetransportation,severevehicleloaddeviationoften occurs.Topreventtheoverallstructuralinstabilityandoverturningofsteeboxbeams,theaccuracyofverticalreactionforceis particularlyimportant;Duetheectsofcentrfugalforceandtemperatureiseandfallthehorzontalsupportreactionforef curvedbridgesisgreaterthanthatofstraightbridges.Thehorizontalforceaffctsthesizeandreinforcementofthelower structure,whichinturnafectstheostofthelowerstructure.Thisstudyanalyzesandanalyzesthemodelingfactorsthathavea significantimpactontheverticalandhorizontalsupportreactionforcesofinclinedcurvedsteelboxgirders.Therelevant experience and conclusions can provide some reference for engineers.
Keywords:inclinedcurvedsteelboxgirder bridge;modeling calculation;supprtreaction;urban viaduct;influencingfactors
由于斜彎鋼箱梁橋本身特點,導致其支反力不能像直橋那樣容易計算,本次依托某項目,采用MIDAS軟件進行了建模計算,著重講述了恒載、邊界條件的正確模對支反力計算結果的重要性。另外,對梁單元模型及板單元模型的支反力進行了對比研究,闡述梁單元模型反力在工程設計上的合理性。因此,本研究具有較大的學術意義和使用價值。
1斜彎鋼箱梁支反力概述
斜彎鋼箱梁的支反力有以下特點: ① 鈍角角隅處出現較大反力和剪力,銳角角隅處出現較小反力,還可能出現翹起。 ② 彎橋的支點反力與直線橋相比,有曲線外側變大,內側變小的傾向,內側甚至可能產生負反力,出現梁體與支座的脫空的現象。 ③ 斜彎橋梁體為空間結構,溫度變化熱脹冷縮時,會產生橫橋向的水平反力。
豎向反力是支座選取、壓重設置以及抗傾覆驗算的重要依據,水平反力也是支座選取以及下部結構尺寸擬定、配筋的重要依據。
2 模型簡介
本次采用MIDAS軟件建模,以某項目( 30.35+45+ 29)m 連續斜彎變寬鋼箱梁為例,共設置4排8個支座,橋梁位于圓曲線、緩和曲線及直線段,斜交梁斜度為 30° ,橋寬 13~16.91m ,單箱雙室,橋梁參數具體如圖1所示。
3自重、二期恒載模擬對豎向支反力的影響
斜彎橋建模時,彎橋區域箱梁的內外側自重及二期恒載重量相差較大,需要在梁單元上增加扭矩來模擬內外側重量不同產生的扭矩效應,該扭矩會對支座豎向反力產生較大的影響
模型建立過程中,由于有限元建?!耙灾贝鶿"的影響,導致箱梁外緣產生了很多小縫隙,而內緣產生了重疊區域(圖2),彎橋內外緣的重量差并沒有考慮進來。因此,單梁模型中其實每個單元的恒載是對稱的,并不存在扭矩,此時需要將恒載的扭矩模擬出來(圖3),否則豎向支反力將失真。


4邊界條件的模擬對水平支反力的影響
斜交墩支座方向設置時,應盡量采用平行道路或者梁體軸線的方向設置(圖3、圖4),避免采用垂直于梁體斜交方向設置(圖5、圖6),支座模擬對比計算結果見表1、表2。

由表1、圖5、表2、圖7對比可知:沿道路或者梁體軸線的方向設置時,最大水平力為 89.7kN ,支座沿梁體斜交方向設置時,最大水平力為 260.8kN ;分析其原因為:梁體斜交方向設置支座時,整體升降溫變形受到了支座的約束,導致產生較大的水平力,對下部結構受力不利。
梁體整體升降溫工況下,支座的水平剛度越大,水平反力也越大;直接按支座水平剛度進行計算時,忽略了墩柱及基礎的剛度,水平反力計算結果偏大,下部結構設計時,將過于保守,并造成浪費。此時可按墩柱抗推剛度E1(可視基礎為無限剛)和支座水平剛度E2串聯后的水平剛度E3模擬支座水平剛度, E3= E1×E2/(E1+E2) ,串聯后支座的水平剛度變小,支座水平反力隨之變小。


5梁單元、板單元模型豎向支反力對比
六自由度空間梁單元可以計算偏心荷載下的扭轉效應,但并未考慮梁截面的橫向變形對支反力的影響;對于斜彎橋不能準確模擬斜交區域的結構及荷載分布,因此采用梁單元對斜交區域的支反力計算誤差較大,工程設計中一般會采用較大的壓重來提高豎向支座反力的富余,防止支座脫空
板單元有限元模型的優點是適用性廣,可以用來模擬任意復雜的結構,包括斜交箱室及橫隔梁結構;對于斜彎橋梁,采用板單元模擬恒載比梁單元更加準確便捷,同時也可以考慮梁體的橫向變形。
板單元模型(圖8)與梁單元模型(圖9),分別在自重、二期恒載、活載作用下的結果對比(表3、表4、表5)。



由表3可知,在自重、二期恒載作用下,板單元與梁單元豎向反力的差值與梁單元豎向反力的比值有8組(表中加粗的數值)數據位于 9%~21% ,其中7組數據位于彎橋斜交邊墩支反力及彎橋區域正交中墩位置。其余8組數據差值約 5% 左右,大部分位于直橋區域;由此可見,對于直橋區域,板單元和梁單元對恒載的模擬吻合較好,斜交及彎橋區域,梁單元對恒載的模擬誤差較大,但由于梁單元豎向支反力結果離散性更大,所以在根據梁單元計算結果支座選取時,選用了更大型號的支座,在工程上是安全的。

由表4可知:在活載荷載作用下,板單元與梁單元豎向反力的差值與梁單元豎向反力的比值有5組數據(表中加粗的數值)位于 9%~18% ,其中3組數據位于彎橋斜交邊墩支反力及彎橋區域正交中墩位置。其余11組數據差值約 5% 左右,大部分位于直橋區域。由此可見,對于直橋區域,板單元和梁單元對最大支反力的模擬吻合較好,斜交及彎橋區域,梁單元對恒載的模擬誤差較大,但由于梁單元豎向支反力結果離散性更大,所以在根據梁單元計算結果支座選取時,選用了更大型號的支座,在工程上是安全的。
由表5可知:活載荷載作用下,梁單元模型中,活載反力最小值相差均較大(表中加粗的數值);邊墩豎向反力絕對值差值均在 150kN 以內,中墩豎向反力絕對值差值在 430kN 以內,該差值只占對應支座恒載豎向反力值的 10% 以內,在抗傾覆計算時,基本組合下,反力最小值富余應不小于相應支座恒載值的 10% 。

6 結束語
通過此次計算分析,得出以下結論:
1)斜彎橋恒載的模擬對豎向支反力影響較大,斜交墩支座的水平剛度及支座的方向設置對水平支反力影響較大。
2采用空間梁單元來計算斜彎橋支反力是滿足工程安全要求的,但應留有富余。
3)彎橋斜交區域,板單元可以更好地模擬恒載及活載效應,條件允許的情況下,盡量采用板單元對反力最小值及抗傾覆進行復核。
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