小半径曲线梁桥支座设置和-支座脱空-分析.pdf

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第4期（总第180期）No.4(SerialNo.180)2015年8月CHINAMUNICIPALENGINEERINGAug.2015DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2015.04.009小半径曲线梁桥支座设置和“支座脱空”分析陈薇（中船第九设计研究院工程有限公司，上海200063）摘要：小半径曲线梁桥（又称弯桥）已成为现代交通工程中的一种重要桥型。曲线梁桥与直线桥相比，其支反力有曲线外侧变大、内侧变小的倾向，内侧甚至产生负反力，表现为“支座脱空”。通过比较不同支座布置及预设偏心时曲线梁桥的内力、支反力，以期寻找曲线梁桥最优的支座布置方式。关键词：曲线梁桥；内力；支反力；预偏心中图分类号：U448.210.316文献标志码：A文章编号：1004-4655（2015）04-0024-04曲线梁桥（又称弯桥）已成为现代交通工程中采用纯扭转或约束扭转理论计算，横截面内力分析的一种重要桥型。曲线梁桥不仅能很好地适应桥址采用横向分布理论，其计算误差可控制在工程设计受地形、地物限制的需要，而且曲线结构线条平顺、的容许范围内。流畅、明快、意境生动，能给人以美的享受。这样设计的结构，能使建筑美与环境美协调一致，符合[1]人们的审美要求。曲线梁桥的主要受力特点是，梁截面发生竖向弯曲时，由于曲率影响，必将发生扭转，而这种扭[2]转作用将导致梁的挠曲变形。通常称之为“弯-[3]扭”耦合作用。同时，曲线梁桥与直线桥相比，图1桥梁断面其支反力有曲线外侧变大、内侧变小的倾向，内侧甚至产生负反力，出现“支座脱空”现象。工程实通过比较不同工况（见表1）下主梁的内力及支践中常通过预设偏心的方法调整支反力。座反力，以期找出曲线梁桥最合理的支座布置方式。1　工程实例表1曲线梁桥计算工况某立交匝道采用钢筋混凝土连续箱梁。跨径名称内容3×20m，桥宽8m。匝道上部结构为单箱单室。工况一边、中墩均设置抗扭支座；边墩设置预偏心梁高2.0m，箱梁结构顶宽7.74m。箱梁结构底宽工况二边、中墩均设置抗扭支座；中墩设置预偏心2.944m，箱梁顶板厚0.25m，腹板跨中宽0.4m，工况三边墩设置抗扭支座，中墩为点铰支座；边墩设置预偏心中支点加宽到0.6m，边支点加宽到0.6m，底板工况四边墩设置抗扭支座，中墩为点铰支座；中墩设置预偏心跨中厚0.25m。中支点以及边支点均加厚到0.4m，2　计算模型主梁断面见图1。本文连续梁计算模型（见图2）采用空间杆系对这种一般“窄”的、截面箱壁较厚、两侧翼法（采用MidasCivil2006计算软件）。空间杆系单板较短的弯箱梁而言，把弯桥模拟成一根单曲梁，元具有12个自由度，能够在计算中计入扭转效应。根据计算工况，连续曲线梁的支座有2种布置方式。一种是所用支点均采用横向抗扭固定而纵向收稿日期：2015-02-02作者简介：陈薇（1984—），女，工程师，硕士研究生，主（切线方向）铰支的抗扭支座；另一种是部分支座要从事桥梁与隧道工程设计。采用抗扭支座而部分采用既无抗扭约束也无抗弯约24 陈薇：小半径曲线梁桥支座设置和“支座脱空”分析2015年第4期束的点铰支座。空间模型计算时支座位置按梁的支跨中正弯矩增加。同时，同等条件下，中墩设置点点实际位置给出，并与主梁刚性连接。铰支座的曲线梁比设置抗扭支座曲线梁的弯矩略大（5%以内）。图5为曲线梁支点剪力图。5500545054005350工况一工况二5250图2曲线梁空间计算模型5200工况三5150桥梁荷载作用主要包含：自重、二期铺装、附支点剪力/kN工况四5100属结构、汽车荷载、温度荷载等。505050003　主要计算结果00.10.20.30.4从主梁内力、支反力两方面给出不同工况下曲预设偏心距/m线梁桥的计算结果，以此寻找曲线梁桥合理的支座图5曲线梁支点剪力图（工况一和工况二下支点剪力基本布置方式。相同）3.1　弯矩、剪力结果分析由图5可以看出，工况一、工况二、工况三下图3~图5给出曲线梁桥在4种工况最不利组曲线梁预设偏心距对本身的剪力没有影响；工况四合作用下的支点负弯矩、跨中正弯矩、支点剪力的下曲线梁预设偏心距会使支点剪力减小，但减少的计算结果。幅度不大（5%以内）。00.10.20.30.4-80003.2　扭矩结果分析-8500曲线梁桥在荷载作用下不仅能产生弯剪内力，-9000工况四而且还会产生扭转内力。图6给出曲线梁桥在4种-9500工况一工况最不利组合作用下的最大扭矩的计算结果。-10000工况二4000工况四-10500工况三3500工况三-110003000支点弯矩/kN·m-1150025002000-12000预设偏心距/m1500工况二图3曲线梁支点弯矩图（工况一和工况二下支点弯矩基本1000工况一最大扭矩/kN·m500相同）000.10.20.30.41200011500预设偏心距/m11000图6曲线梁最大扭矩图（工况一和工况二下支点最大扭矩10500工况四工况一基本相同）100009500由图6可以看出，工况一、工况二、工况三下跨中弯矩/kN·m9000工况三工况二曲线梁预设偏心距对最大扭矩没有影响；但是，工8500况三的最大扭矩较工况一、工况二有明显增大。也800000.10.20.30.4就是说，相比于中墩设置抗扭支座，中墩设置点铰预设偏心距/m支座会使曲线梁最大扭矩有明显增大（约50%），图4曲线梁跨中弯距图（工况一和工况二下跨中弯矩基本不利于结构安全。工况四下曲线梁预设偏心距最大相同）扭矩有先减少后增大的趋势，这是因为工况四未设由图3、图4可以看出，工况一、工况二、工置偏心距，最大扭矩出现在梁端（见图7），当设况三下曲线梁预设偏心距对本身的弯矩没有影响；置偏心距时最大扭矩向中墩方向移动，出现在距中工况四下曲线梁预设偏心距会使支点负弯矩减小、墩约1/5跨径处（见图8）。25 陈薇：小半径曲线梁桥支座设置和“支座脱空”分析2015年第4期需要设计较大的端横梁及门式墩柱，景观效果差，且支座布置不够合理。图7工况四未设置预偏心时曲线梁扭矩包络图1000800600边墩外侧支座400图8工况四设置预偏心时曲线梁扭矩包络图2003.3　支座反力结果分析0边墩支座反力/kN00.10.20.30.4对于曲线梁，由于扭转作用，梁的支反力呈现-200边墩内侧支座不均匀性，特别是边墩支反力的不均匀性已经非常-400中墩预设偏心距/m明显，计算结果常常会出现负值，表现为“支座脱a)边墩支座反力空”。25001）由图9可以看出，工况一下通过边墩预设中墩内侧支座2000偏心距可以避免边墩支座出现“支座脱空”。此时，1500对中墩的支反力分布几乎没有影响。10001000中墩外侧支座800500中墩支座反力/kN6000400边墩外侧支座00.10.20.30.4中墩预设偏心距/m200b)中墩支座反力0边墩支座反力/kN00.10.20.30.4图10工况二支反力变化图-200边墩内侧支座1000-400800边墩预设偏心距/m600a)边墩支座反力400边墩外侧支座2002000中墩外侧支座01800-20000.10.20.30.41600-400边墩内侧支座1400-6001200边墩支座反力/kN-8001000-1000800中墩内侧支座-1200边墩预设偏心距/m600a)边墩支座反力中墩支座反力/kN40020045000400000.10.20.30.43500边墩预设偏心距/m3000中墩支座b)中墩支座反力2500图9工况一支反力变化图200015002）由图10可以看出，工况二下通过中墩预设中墩支座反力/kN1000500偏心距可以调整中墩的支反力分布。此时，对边墩000.10.20.30.4的支反力分布几乎没有影响，无法避免边墩支座出边墩预设偏心距/m现“支座脱空”，支座布置不合理。b)中墩支座反力3）由图11可以看出，工况三下边墩预设偏心图11工况三支反力变化图距对中墩的支反力几乎没有影响。此时，可以调整4）由图12可以看出，工况四下中墩预设偏心边墩的支反力分布。但是，要想避免边墩支座出现距中墩的支反力几乎没有影响。此时，可以调整边“支座脱空”，需要边墩设置较大的偏心距。实际工墩的支反力分布。但是，边墩的支反力分布对偏心程中由于小半径的匝道桥梁底较小，设置较大偏心距调整是非常敏感的，常常出现由于预设偏心距不26 陈薇：小半径曲线梁桥支座设置和“支座脱空”分析2015年第4期合理造成外侧支座出现负反力的情况。时，可以通过边墩预设偏心避免边墩出现“支座脱1000空”。优先采用此种支座布置。800600边墩外侧支座2）曲线梁桥边墩采用抗扭支座、中墩采用点400200铰支座时，边墩预设偏心对结构的最大弯矩、剪力、0-20000.10.20.30.4扭矩、中墩反力几乎没有影响。此时，边墩预设偏-400-600心可以调整边墩支反力分布，但是很难避免边墩内边墩支座反力/kN-800边墩内侧支座-1000侧“支座脱空”。-1200中墩预设偏心距/m3）曲线梁桥边墩采用抗扭支座、中墩采用点a)边墩支座反力铰支座时，中墩预设偏心对结构的最大弯矩、剪45004000力、中墩反力几乎没有影响，会影响最大扭矩及其35003000中墩支座分布。此时，中墩预设偏心可以调整边墩支反力分2500布，但是可能会出现边墩外侧“支座脱空”。200015004）曲线梁桥边墩采用抗扭支座、中墩采用点1000中墩支座反力/kN铰支座时，较全部采用抗扭支座的最大扭矩有明显5000增大，对结构安全不利。00.10.20.30.4边墩预设偏心距/mb)中墩支座反力参考文献：图12工况四支反力变化图[1]范立础.桥梁工程：上册［M］.2版.北京：人民交通出版社，4结语2012.1）曲线梁桥全部采用抗扭支座时，预设偏心[2]姚玲森.曲线梁［M］.北京：人民交通出版社,1989.对结构的最大弯矩、剪力、扭矩几乎没有影响。此[3]孙广华.曲线梁桥计算［M］.北京;人民交通出版社，1994.（上接第23页）向挠度最小为-21mm，小于1/600L。主塔在标桥墩采用椭圆曲面门式桥墩。桥墩立柱纵、准值效应组合下，塔柱根部出现最大44.8MPa横向外形均延续上部拱塔椭圆线形，立柱横向宽的压应力和26.8MPa的拉应力，均小于容许值2.5m，纵向宽3.93～8.00m；两桥墩立柱横向间210MPa，满足规范要求。设置一道横梁，横梁宽2.0m，横梁跨中高2.5m，6结语根部高4.0m。桥台采用重力式钢筋混凝土桥台。本文以山西吕梁新城纬三十三路桥为背景，桥墩承台尺寸为14m（纵向）×10m（横向），阐述本桥的设计原则和桥型方案。本项目设计结厚3.0m，桩基采用4×3根φ1200mm钻孔灌注桩。合桥址处的自然条件及景观要求，采用造型新颖桥台承台横桥向宽44m，顺桥向宽5.4m，承台厚的拱塔斜拉桥方案，将景观效果、交通功能和结2.5m，桥台桩基采用17根φ1200mm钻孔灌注桩，构受力完美地融合在一起，本项目的完成不仅提梅花形布置。桩基础持力层选择第⑥层中等风化泥高道路服务水平，缓解路网压力，而且节约车辆岩。桩尖嵌入持力层深度≥3m（2.5倍桩径）。运输成本，取得良好的社会经济效益。目前本桥5结构计算已建成通车，运营情况良好，为以后其他类似工主梁在标准值组合下，中支点上缘出现程设计提供了参考。103MPa的正应力，小于容许值210MPa，满足规范要求；最大剪应力为30MPa，发生在中支点截面，小于规范容许剪应力120MPa，满足规参考文献：范要求；汽车荷载（不计冲击力）所引起的竖[1]吴冲，现代钢桥[M]．北京：人民交通出版社，2006.27