变宽箱梁桥支座计算分析.pdf

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变宽箱梁桥支座计算分析何华海1，齐一男2，高山3桥梁工程器Br．dgeEngineerIng(1．鹤壁市通远公路勘察设计有限公司，河南鹤壁458030；2．中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西西安710075；3．西安中交土木科技有限公司，陕西西安710075)摘要：变宽箱梁的构造、力学特点与等截面箱梁有很大区别，在运用程序建模分析中选择合适的方法对结构分析的精确度有较大的影响，因此，通过对某变宽箱梁桥进行梁格法和单梁法的建模分析对比．得出了对实际工程有指导意义的结论。关键词：桥梁；变宽箱梁；单梁法；梁格法；桥梁支座中图分类号：U448．213文献标志码：B文章编号：1009—7767(2014)01—0057—04CalculationAnalysisofBridgeBearingofVariableWidthBoxGirderHeHuahai，QiYinan，GaoShan随着我国交通事业的飞速发展，城市化进程也在加快，高速公路和城市高架桥日益增多。为了满足交通运输的快速、顺畅、安全，在公路交叉处多采用立体交叉设计，其主线桥与匝道桥衔接处多采用变截面连续箱梁设计。但变截面连续箱梁的受力特性比等宽的直线桥梁复杂得多。特别是支座处，由于受下部结构条件限制导致支座无法均匀布置，受力情况更加复杂。因此对其选择合适的方法进行分析是保证工程质量的关键。目前桥梁设计工作者应用较多的是单梁法和梁格法。笔者结合工程实际运用2种方法对桥梁的支座受力进行比较。1工程概述某城市立交匝道位于桥梁直线段上．分为左右两幅，分别连接主线桥、E匝道和F匝道；左右幅桥面均为变宽，半幅桥宽范围为19．26～11．30m(见图1)；梁高1．5m；单箱三室结构；下部结构采用方柱矩形墩，基础为钻孔桩：采用满堂红支架法施工。因为桥墩无盖梁，而且墩柱位置受条件限制，导致15号墩的支座分布不均匀。现取右幅箱梁进行支座计算分析。2整体结构静力计算分析2．1计算荷载参数【m11)一期恒载包括主梁质量、预应力荷载，混凝土密度取26kN／m3：二期恒载为桥面铺装+护栏，桥面铺装按3．6kN／mz计．路线设计线处则为3．7kN／m，外侧防撞护栏为9．5kN／m。熏羔墓嘿j≮i【§}||{目i，诋1硷塑—若—一图1某匝道桥右幅平面(cm)2)设计荷载为公路I级。布置3个车道，车道分别相对于箱梁中心线左偏载和右偏载。3)温度变化有4种情况：①体系升温25℃；②体系降温一20℃；③单元梯度升温丁。=14．5℃，孔=5．5℃；④单元梯度降温r。=一7．25℃，乃=一2．75℃。4)地基及基础不均匀沉降均为5mm。5)结构重要性系数为1．1。2．2支座布置及相关参数(见图2、表1)支座设计复核计算采用MidasCivjl2010有限元程序，建立全桥空间杆系模型，分析结构在恒、活载作用下的支座反力和位移。2014年第1期(1一)第32拳辛荭故术57零一霉震 器桥梁工程BridgeEngineering表1支座型号及参数表【3】支座位置(墩号)支座型号设计承载力瓜N容许转角^c8d2．3单梁法计算模型2．3．1结构离散主桥采用MidasCivil2010有限元程序进行结构的空间有限元分析。全桥离散为216个单元，即：主梁为38个单元，下部桥墩为．168个单元，刚臂连接为10个单元。主从约束有4个，弹性连接有9个(见图3)。其中主梁轴线位于箱梁中心线上，截面偏心点位于顶板中心。卓一tp一。。一：?亭潲a)结构图b)效果图图3静力计算单梁模型图2．3．2单梁法建模注意事项1)梁单元轴线需位于箱梁截面形心处，如此定义的车道与偏心荷载才能与实际相符；2)建立桥梁下部构造模型并与实际相符，因为下58专荭故木2014No．1(Jan．)VoI．32部构造的刚度直接影响支座反力的水平力分布；3)上部构造与下部构造之间用弹性连接联系在一起．弹性连接的刚度与实际采用的支座参数应一致。2．3．3计算结果在持久状况标准组合作用下，边墩顶主梁最大转角为1．64×10习md，小于允许转角(0．02rad)，支座变形满足要求。计算结果见表2～5。表2一期恒载作用下支座反力表kN墩号支座工况最曩j1I；：cA一恒0_o．5376515B一恒O01108C一恒0O1599表3一期+二期恒载作用下支座反力表kN墩号支虐工况只》霉。一露表4标准组合作用下最小支座反力表kN～一二二～一叩一165389381l9吣oo—O0载载载恒恒恒ABC5l 桥梁工程器8rjdgeEngi八eer．ng表5标准组合作用下最大支座反力表kN表7一期+二期恒载作用下支座反力表kN由表2～5可知，各墩支座的最大、最小支座反力均能够满足设计要求。2．4梁格法计算模型2．4．1结构离散[41主桥采用MidasCivil2010有限元程序进行结构的空间有限元分析。全桥离散为510个单元。其中：纵梁为152个单元，横向联系梁为176个单元，下部桥墩为168个单元，刚臂连接为14个单元。弹性连接有9个(见图4)。≯毒辫等I?I?爹蠢誓王霉图4静力if算梁格模型图2．4．2计算结果在持久状况标准组合作用下，边墩顶主梁最大转角为1．26×10。3rad，小于允许转角(0．02rad)，支座变形满足要求。计算结果见表6～9。表6一期恒载作用下支座反力表kN表8标准组合作用下最小支座反力表kN表9标准组合作用下最大支座反力表kN墩号支座工况E≯孵EACBmax0一1．31l44515号BCBma)【O01616CCBma】【02933由表6～9可知。各墩支座的最大、最小支座反力均能够满足设计要求。3计算结果分析通过对计算结果的分析，可得出以下折线图。由表2～9、网5可以看出。单梁法模型与梁格法模型支座反力的变化趋势是一致的。其中：16～18号桥墩均为双支座，其反力值比较接近，差值在3％以内；15号桥墩为三支座，且支座布置不均匀，2种模型的2014卑第1期(1一)第32卷席荭故求59 昌昌桥梁工程BridgeEngineeflng3j003000z2500蠢2000髻1500蜊1000500015号A15号B15号c16号^16号B17号^17号B18号^18号B+单粱Fz76511081599321732852229227112461324+粱格Fz8399721651319232382180224912581287墩(支座)号a)一期恒载作HJ下支座反力450040003500z3000喜25。o避2000授15001000j00015号A15号B15号c16号A16号B17号A17号B18号A1B号B+莹粱Fz95113361885413539663007283715401500+梁格Fz103412021930408539442957281615471467墩(支座)号b)一期+二期恒载作用下支座反力5000置4000R选3000型W200010000--¨⋯15号A15号B15号c16号A16号B17号A’17号B18号A18号B—●一单粱Fz一1332175829465392s4824343431524402404+耀格Fz14451616293353515463。4310。437j24102482墩(支座)号c)标准组合作用下最小支座反力d)标准组合作用下最大支座反力图5单梁法与梁格法支座反力折线图支座反力差较大，其最大差值为14％左右。单梁法模型与梁格法模型在持久状况标准组合主粱竖向变形以及边墩顶主梁最大转角值的差值也在5％以内。4结论单梁法是一种常用的简化模型，优点是简单、建模速度快，缺点是梁单元都有刚性截面假定，不能考虑桥梁横截面的畸变，总体精度较低。单梁法无法正确计算单排3个及3个以上的支座反力、荷载的横向分布以及内力集中效应。梁格法是桥梁结果空间分析的一种有效方法，被广泛地应用于各种斜弯桥的计算中。该方法优点是可以直接输出各主梁的内力，便于进行强度验算；缺点是它对原结构进行了面目全非的简化，大量几何参数要预先计算准备，不仅工作量大，而且人为偏差较难避免。以上计算分别采用梁格法和单梁法对变宽箱梁桥进行了对比分析，结论是：1)如果箱梁宽度变化范围较小，而且全部桥墩都采用2个支座．则可用单梁模型来计算支座反力，其优点是建模速度快，而且计算精度与梁格模型相差很小，60瘩荭故术2014No．1(JQn．)v0I_32能够满足设计精度要求。2)如果箱梁变宽范围较大，出现了单排3个支座以及3个以上支座时，则比较适合使用梁格模型计算支座反力。虽然梁格法建模比较复杂，但其能更准确地计算横向支座的反力、荷载的横向分布以及内力集中效应。梁格模型力学模型受力明确，而且对于设计来说精度是可以满足的。≮霉参考文献：【1】中交公路规划设计院．JTGD60—2004公路桥涵设计通用规范fSl．北京：人民交通出版社，2004．【2]中交公路规划设计院．JTGD62—2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范【S】．北京：人民交通出版社，2004．【3】中交公路规划设计院有限公司．J’IW39l一2009公路桥梁盆式支座[S]．北京：人民交通出版社，2009．【4】汉勃利EC．桥梁上部构造性能【M]．郭文辉，译．北京：人民交通出版社．1982：105一111．收稿日期：2013—08—21作者简介：何华海，男，助理工程师，学士，主要从事桥梁结构设计、咨询及研究工作。0∞b如b的¨加；z《R堪割似鸣警啪哆萎|m堂粤瑚哆耻瑚峙珈桊蝴凳撇娉l量m膀銎|m哆Ⅲm缈惭单一絷Ij}