曲线梁桥的设计探讨

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  摘 要:现代化的曲线梁桥设计是实现各方向交通的必要手段。曲线梁桥弯扭耦合的受力特点,容易出现支座脱空,梁体翻转等问题。本文结合工程实例,采用有限元法建模,分析不同的支座布置方式下,支座反力的分布,以选择合理的支座布置形式,调节扭矩的分布,改善支座受力情况。
  关键词:曲线梁桥;支座布置;构造措施
  1 引 语
  近年来,随着城镇化的脚步逐步加快,城市立交桥逐渐增多。由于受到地形,占地面积,交通功能等因素的限制,立交桥的匝道设计多采用曲线布置,且桥宽较窄。为了保证线形的顺畅,服从道路的整体走向,曲线桥梁的设置就显得尤为必要。
  2 曲线梁桥的设计要点
  匝道上的曲线梁桥通常采用现场浇筑的连续箱梁结构,对于小半径(曲线半径<100m)的曲线梁桥[1],结构选型方面优选等截面钢筋混凝土连续箱梁,避免纵向预应力所产生径向力的不利影响,同时桥梁跨径不宜过大。常用的箱形截面有单箱单室,单箱多室等。箱梁在支撑处设置横梁,中支撑为中横梁,宽度为1.6~2.2m;端支撑为端横梁,宽度为0.8~1.2m,横梁宽度的选取与支撑形式、横梁受力有关。《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62-2004)》第9.3.2条规定:曲线半径<240m的弯箱梁,应设跨间横隔板,其间距对于钢筋混凝土箱形截面梁不应大于10m。增設横隔板不但能保持全桥的稳定性,而且可以减小截面的畸变变形,是减小截面畸变变形的最优方案。
  对于小半径的曲线梁桥,其结构除了要承受纵向弯矩、剪力外,还有相当大的扭矩和翘曲双力矩的作用。设置适当的支座,可以增加横向的抗扭转特性,以确保横向稳定。通常在端横梁或者中横梁下腹板处均匀设置2个支座,全跨采用相同的支撑形式。在布置曲线桥梁的构造后,要求在永久作用或者永久作用和可变作用共同作用下,各个支座反力均大于0,使支座始终处于受压状态。在支座施工时,要求支座水平放置。如果支座反力小于0,则支座受拉,就可能引起该支座上访的曲梁翘起,在这种情况下,通常要求重新布置桥梁跨度或者支座布置方式。[2]
  3 计算实例
  3.1 工程简介
  工程位于某市东二环立交ES匝道上,道路设计中心线半径R=50m,单向横坡为4.0%,双车道设置,匝道的总宽度为9.9m。
  本联曲线梁桥跨径布置为:3×20.3m=60.9m。
  上部结构采用等高度斜腹板(设置倒圆角R=1000mm)钢筋混凝土连续箱梁,单箱双室,梁高1.8m,箱梁顶宽9640mm,两端悬臂各设130mm后浇段同防撞护栏一起浇筑,底宽4690mm,翼缘板悬臂长度1850mm,顶板等厚220mm,底板厚度为220~400mm,腹板厚度400~600mm,横断面如图1所示。
  3.2 支座布置
  全桥采用双支座布置,中支撑处,支座间距为2.7m。因本桥下部结构的设计要求,曲线梁桥的端横梁采用矩形断面,故端横梁处支座间距可适当放大。端支撑处,支座布置拟采用3种方案进行布置,如图2、图3所示。
  3.3 有限元建模
  运用Midas/Civil软件,对结构进行建模分析。全桥共划分为60个单元,边界条件按照实际情况进行模拟,模型如图4所示。
  4 支座反力计算分析
  4.1 支座间距的影响
  三种支座布置形式下,内外侧支座反力结果如表1所示,b表示支座间距。
  当支座间距从2.7m,增加到4.0m、5.0m时,内侧支反力增加了34%,外侧支反力减小了17%,内外侧的支反力差值逐渐减小了70%,内外侧支反力趋于均匀布置。
  4.2 曲线半径的影响
  在本工程的另外一根SE匝道上,道路设计中心线半径R=85m,按同样的3种方法布置支座,进行支座反力分析,结论如表2所示。
  从以上数据看出,当桥梁结构所在的曲线半径逐渐增大,内侧支反力逐渐增大,外侧支反力逐渐减小,内外侧的支反力差值明显减小。[3]
  5 结 语
  (1)随着端横梁支座间距的增大,内外侧支座反力差明显减小,可以避免支座受力不均匀,从而改善内外侧支座的受力状况。
  (2)内外侧的支座反力之差,与结构所在的曲线半径有直接关系,当曲线半径逐渐增大,支座反力差值逐渐减小。
  (3)因本工程端横梁采用矩形断面,支座间距可适当增大,有效的改善了曲线梁桥内外侧支反力分布不均匀。
  该匝道桥依据曲线梁桥的特点进行设计,即纵坡较大、下部结构布置方式以及曲线半径小等特点,选用了合理的支撑布置和跨径形式,从而使得整个桥梁的结构在受力上达到合理化分配,在外形上线形简约流畅,美观轻巧。
  本文所提观点希望能对桥梁设计单位起参考借鉴作用,如有不妥之处可以共同探讨,加以改进和完善。
  参考文献
  [1]米良.结合实际探讨曲线桥梁设计工作[J].中华民居,2013(1):306~307.
  [2]潘黎明,浅谈曲线桥梁设计计算[J].山西建筑,2010(36):327~328.
  [3]章建伟等,曲线梁桥支座反力分析[J].浙江建筑,2010(27):16~18,22.
  作者简介:刘颖(1979-),女,汉族,黑龙江省虎林市人,工程师,桥梁设计职务。
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