不同圆心角对小半径曲线桥受力性能影响的研究

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1、2014年4月第4期城市道桥与防洪桥梁结构93不同圆心角对小半径曲线桥受力性能影响的研究刘泉，李茂奇(1．中国市政工程华北设计研究总院，天津市300074；2．天津市政工程研究院，天津市300074)摘要：为了验证不同圆心角对小半径曲线桥受力性能的影响，采用桥梁博士3．0有限元分析软件，通过建立5种不同圆心角的有限元模型来研究在汽车荷载和恒载作用下，圆心角对曲率半径r=75m的小半径曲线桥纵向弯矩、扭矩和竖向剪力的影响。研究表明：当圆心角妒小于30。时，可以忽略弯扭耦合作用对小半径曲线桥纵向弯扭、扭矩和竖向剪

2、力的影响，此时的小半径曲线桥可近似按照直线桥来计算。关键词：圆心角；小半径曲线桥；受力性能；有限元模型中图分类号：U441文献标识码：B文章编号：1009-7716(2014)04-0093-030引言与直线桥相比，小半径曲线桥因结构复杂，其受力性能的影响因素较多㈣，且受到“弯一扭”耦合作用的影响【5】，其中，曲率半径、圆心角、弯扭刚度比等因素是影响小半径曲线桥受力性能的主要因素。本文以不同圆心角对小曲率半径的曲线桥纵向弯矩、扭矩和竖向剪力的影响为研究对象，通过建立不同圆心角的模型，对得出的数据进行了详细分析

3、，得出了一些有益的结论。1工程概况图1桥梁平面布置图(单位：m)该桥设在一圆曲线上，曲线半径r=75m。单孔跨径为25m，孔跨布置为4X25m+3×25m+3x25m，共三联十跨，桥长250m。主梁截面形式采用高1．8m的鱼腹式普通钢筋混凝土连续箱梁，为单箱五室。桥墩形式为独柱式桥墩，桥墩截面为底部两圆相交，向上横向呈酒杯状扩展。桥面宽度：12m+2X0．5m防撞墙。设计荷载：汽车为城一A级，人群为4kN／m。桥梁平面布置如图1所示，桥梁支撑情况如图2所示，主梁截面形式如图3所示。2建模分析该曲线桥受力由主梁

4、、支座、墩柱和基础组成，其中支座为盆式橡胶支座。结构中各部分组成了一个复杂的空间体系，因此，理论分析时采用有限元图2桥梁支撑情况图I单位：cm)法进行计算。取第8、9、10三跨为研究对象，采用桥梁博士3．0计算软件。空间梁格法z1建立有限元模型进行计算分析，为了做到计算模型和实际桥梁受力相似，将全桥进行细化，全桥共划分为378个收稿日期：2013—11—13作者简介：刘泉(1976一)，男，黑龙江明水人，硕士，工程师，从事路桥设计工作。图3鱼腹梁截面形式图(单位：cm)94桥梁结构城市道桥与防洪2014年4月

5、第4期单元，其中，划分300个纵梁单元，78个横梁单元，由图6可知：在汽车荷载作用下，当圆心角其中边横梁长度为2．5m，中横梁长度为2．6m。根由10。增加到50。时，跨中弯矩值也随着略有增据工程实例桥具体情况，具体梁格划分如图4所加，其中边跨跨中最大弯矩值由1304kN·m增加示，小半径曲线桥有限元模型如图5所示。到1402kN·m，增加7．5％；中跨跨中最大弯矩值由1099kN·Ⅱl±曾力口至01115kN·m，增力口1．4％。边支点处弯矩值由62kN·m±曾加到72kN·m，增加13．9％，锤中支点处弯

6、矩值由226kN·m增加到304kN·m，增加34．5％。但是，当圆心角由=10。增加到：30。时，f2)(：})最大纵向弯矩变化了2％，最小值变化了4％。由此图4鱼腹梁梁格图(单位：cm)可以知：在汽车荷载作用下，当圆心角<3O。时，对纵向弯矩的影响非常小，可以忽略“弯一扭”耦合作用对纵向弯矩的影响。由图7可知：在恒载作用下，当圆心角由10。增加到500时，边跨跨中最大弯矩值由5381kN·m增加到6153kN·m，增加14．3％；中跨跨中最大弯矩值由i838kN·m减小到l549kN·m，减小15．7％。

7、边支点处弯矩值由一240kN·m增加到一456kN·m，增加90．O％，中支点处弯矩值由一8469kN·m增加到图5小半径曲线桥桥梁模型图一9006kN·m，增加6．0％。但是，当圆心角由=l0。增加到=30。时，最大纵向弯矩变化了4％，最小3数据分析值变化了5％。由此可知：在恒载作用下，当圆心角选择以下5种不同的圆心角：=10。、=20。、<30。时，对纵向弯矩的影响非常小，可以忽略“弯=30。、=40。、=50。，建立相应模型。以3号肋一扭”耦合作用对纵向弯矩的影响。为研究对象，比较边支点、118跨、I／

8、4跨、318跨、1／2因此，当圆心角<30。时，可以忽略“弯一扭”跨、5／8跨、3／4跨、718跨、中支点、1／8跨、1／4跨、3／8耦合作用对纵向弯矩的影响，小半径曲线桥可以跨、1／2跨等几个位置的纵向弯矩、扭矩和竖向剪按直桥进行计算。力。汽车荷载按城一A进行模拟。3．2圆心角对扭矩的影响3．1圆心角对纵向弯矩的影响在汽车荷载作用下，扭矩值的对比情况如图8所汽车荷载作用下，纵向弯矩对比情况如图6所