斜彎鋼箱梁橋支反力計算的影響因素分析

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(dǎo)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(jié)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(shè)計上的合理性。因此，本研究具有較大的學(xué)術(shù)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(xiàn)較大反力和剪力，銳角角隅處出現(xiàn)較小反力，還可能出現(xiàn)翹起。 ② 彎橋的支點反力與直線橋相比，有曲線外側(cè)變大，內(nèi)側(cè)變小的傾向，內(nèi)側(cè)甚至可能產(chǎn)生負反力，出現(xiàn)梁體與支座的脫空的現(xiàn)象。 ③ 斜彎橋梁體為空間結(jié)構(gòu)，溫度變化熱脹冷縮時，會產(chǎn)生橫橋向的水平反力。

豎向反力是支座選取、壓重設(shè)置以及抗傾覆驗算的重要依據(jù)，水平反力也是支座選取以及下部結(jié)構(gòu)尺寸擬定、配筋的重要依據(jù)。

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(xù)斜彎變寬鋼箱梁為例，共設(shè)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?qū)?13～16.91m ，單箱雙室，橋梁參數(shù)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(qū)域箱梁的內(nèi)外側(cè)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(nèi)外側(cè)重量不同產(chǎn)生的扭矩效應(yīng)，該扭矩會對支座豎向反力產(chǎn)生較大的影響

模型建立過程中，由于有限元建模“以直代曲\"的影響，導(dǎo)致箱梁外緣產(chǎn)生了很多小縫隙，而內(nèi)緣產(chǎn)生了重疊區(qū)域（圖2），彎橋內(nèi)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(shè)置時，應(yīng)盡量采用平行道路或者梁體軸線的方向設(shè)置（圖3、圖4），避免采用垂直于梁體斜交方向設(shè)置（圖5、圖6），支座模擬對比計算結(jié)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(shè)置時，最大水平力為 89.7kN ，支座沿梁體斜交方向設(shè)置時，最大水平力為 260.8kN ;分析其原因為：梁體斜交方向設(shè)置支座時，整體升降溫變形受到了支座的約束，導(dǎo)致產(chǎn)生較大的水平力，對下部結(jié)構(gòu)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(chǔ)的剛度，水平反力計算結(jié)果偏大，下部結(jié)構(gòu)設(shè)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(chǔ)為無限剛）和支座水平剛度E2串聯(lián)后的水平剛度E3模擬支座水平剛度， E3= E1×E2/（E1+E2） ，串聯(lián)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(zhuǎn)效應(yīng)，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(qū)域的結(jié)構(gòu)及荷載分布，因此采用梁單元對斜交區(qū)域的支反力計算誤差較大，工程設(shè)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(yōu)點是適用性廣，可以用來模擬任意復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，包括斜交箱室及橫隔梁結(jié)構(gòu)；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(jié)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(shù)值）數(shù)據(jù)位于 9%～21% ，其中7組數(shù)據(jù)位于彎橋斜交邊墩支反力及彎橋區(qū)域正交中墩位置。其余8組數(shù)據(jù)差值約 5% 左右，大部分位于直橋區(qū)域；由此可見，對于直橋區(qū)域，板單元和梁單元對恒載的模擬吻合較好，斜交及彎橋區(qū)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(jié)果離散性更大，所以在根據(jù)梁單元計算結(jié)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(shù)據(jù)（表中加粗的數(shù)值）位于 9%～18% ，其中3組數(shù)據(jù)位于彎橋斜交邊墩支反力及彎橋區(qū)域正交中墩位置。其余11組數(shù)據(jù)差值約 5% 左右，大部分位于直橋區(qū)域。由此可見，對于直橋區(qū)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(qū)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(jié)果離散性更大，所以在根據(jù)梁單元計算結(jié)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(shù)值）;邊墩豎向反力絕對值差值均在 150kN 以內(nèi)，中墩豎向反力絕對值差值在 430kN 以內(nèi)，該差值只占對應(yīng)支座恒載豎向反力值的 10% 以內(nèi)，在抗傾覆計算時，基本組合下，反力最小值富余應(yīng)不小于相應(yīng)支座恒載值的 10% 。

6 結(jié)束語

通過此次計算分析，得出以下結(jié)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(shè)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(yīng)留有富余。

3）彎橋斜交區(qū)域，板單元可以更好地模擬恒載及活載效應(yīng)，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(fù)核。

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