曲線連續(xù)梁橋支座反力分析

陳彬

河南省交通科學(xué)技術(shù)研究院有限公司（450000）

曲線連續(xù)梁橋支座反力分析

陳彬

河南省交通科學(xué)技術(shù)研究院有限公司（450000）

以四跨連續(xù)梁橋?yàn)楸尘埃捎糜邢拊浖﨧IDAS/Civil和MIDAS/FEA進(jìn)行建模分析，研究了曲線連續(xù)橋，在恒載作用下支座反力分布的規(guī)律；采用MIDAS/Civil建立一系列不同曲率半徑的曲線連續(xù)梁橋，研究了恒載作用下支座反力隨曲率半徑變化的規(guī)律。經(jīng)研究得出：恒載作用下，曲線連續(xù)梁橋曲線外側(cè)支座反力大于曲線內(nèi)側(cè)支座反力，隨著曲率半徑的增大，內(nèi)、外側(cè)支座反力、內(nèi)、外側(cè)支座反力比值以及內(nèi)、外側(cè)支座反力分配均呈非線性變化的規(guī)律。

曲線連續(xù)梁橋；曲率半徑；支座反力

0 引言

曲線連續(xù)梁橋廣泛應(yīng)用于地形條件惡劣區(qū)域的公路橋梁和城市市政立交橋的匝道橋。曲線橋由于自身的特點(diǎn)，與直線橋受力特點(diǎn)略有不用，最突出的特點(diǎn)如下：

1）在自重和外荷載作用下，梁截面產(chǎn)生彎矩的同時，必然伴隨產(chǎn)生“耦合扭矩”，即彎扭耦合作用[1-2]。

2）對于橋臺設(shè)抗扭支座的曲線梁橋，其曲線外側(cè)支座反力大于曲線內(nèi)側(cè)支座反力[1-3]。

這里將以四跨連續(xù)梁橋?yàn)楸尘?，分析恒載作用下，主梁支座反力分布的規(guī)律，并研究隨著曲率半徑變化，支座反力的變化規(guī)律。

1 工程概況及有限元建模

1.1 工程概況

這里以四跨連續(xù)梁橋?yàn)楸尘埃鐝浇M成：（4× 30）m，上部結(jié)構(gòu)為單箱單室截面，上部結(jié)構(gòu)曲率半徑為150 m，主梁采用C50混凝土。箱梁截面尺寸如圖1所示。

圖1 箱梁截面尺寸（cm）

上部結(jié)構(gòu)橋臺處設(shè)置雙支座，曲線內(nèi)側(cè)為單向活動支座,曲線外側(cè)為雙向活動支座，1#～3#橋墩為獨(dú)柱墩，設(shè)置單支座，1#墩、3#墩為雙向活動支座，2#墩為固定支座。

1.2 有限元建模

采用有限元軟件MIDAS/Civil和MIDAS/FEA分別對該橋建立梁單元模型和實(shí)體單元模型，梁單元模型共68個節(jié)點(diǎn)，60個單元，實(shí)體單元模型共15 551個節(jié)點(diǎn)，46 387個單元。梁單元和實(shí)體單元模型如圖2所示。

圖2 梁單元和實(shí)體單元模型

2 曲線連續(xù)梁橋支座反力分析

恒載作用下，梁單元和實(shí)體單元計算出的支座反力見表1。

從表1中可以看出，兩種單元計算的橋臺曲線外側(cè)支座反力均大于曲線內(nèi)側(cè)支座反力。這與曲線梁橋的一般規(guī)律相符。此外，梁單元計算出的橋臺處雙支座處的支座反力和實(shí)體單元計算的結(jié)果偏差稍大，梁單元計算的橋臺處曲線內(nèi)側(cè)支座反力偏大，曲線外側(cè)支座反力偏小。獨(dú)柱墩上的支座反力基本相當(dāng)。

表1 恒載作用下主梁支座反力

3 曲率半徑對曲線連續(xù)梁橋支座反力的影響

通過建立一系列不同曲率半徑的曲線連續(xù)梁橋，對比恒載作用下不同曲率半徑的曲線梁橋的支座反力。各曲線梁橋支座反力如表2所示。隨曲率半徑變化，支座反力的變化規(guī)律如圖3所示。

表2 恒載作用下各曲線梁橋支座反力（kN）

圖3 各曲線梁橋支座反力變化規(guī)律圖

從表2和圖3中可以看出，隨著曲率半徑的增大，獨(dú)柱墩處的支座反力變化較小，橋臺處曲線內(nèi)側(cè)的支座反力增大，曲線外側(cè)的支座反力減小。直線橋時雙支座的支座反力值相等。同時采用3次曲線可以很好的擬合支座反力與曲率半徑的關(guān)系，因此隨著曲率半徑線性增大，橋臺處支座反力呈非線性變化趨勢。

表3 恒載作用下各曲線梁橋橋臺處內(nèi)外側(cè)支座反力對比表

從表3可以看出，隨著曲率半徑增大，橋臺處總支反力基本相等，說明曲率半徑只影響內(nèi)外側(cè)支反力分配，但不影響總支反力大小。隨著曲率半徑增大，橋臺處內(nèi)外側(cè)支座反力與總支座反力的比值呈非線性變化規(guī)律。

4 結(jié)論

1）恒載作用下，隨著曲率半徑增大，獨(dú)柱墩處的支座反力變化較小，橋臺處曲線內(nèi)側(cè)的支座反力增大，曲線外側(cè)的支座反力減小。

2）恒載作用下，采用3次曲線可以很好的擬合支座反力與曲率半徑的關(guān)系，因此隨著曲率半徑線性增大，橋臺處支座反力呈非線性變化趨勢。

3）恒載作用下，曲率半徑只影響內(nèi)外側(cè)支反力分配，但不影響總支反力大小。且隨著曲率半徑線性增大，橋臺處內(nèi)外側(cè)支座反力與總支座反力的比值呈非線性變化規(guī)律。

[1]陳寶春.橋梁工程[M].北京：人民交通出版社,2009.

[2]楊昀,周列茅,周勇軍.彎橋與高墩[M].北京：人民交通出版社,2011.

[3]姚玲森.橋梁工程[M].北京：人民交通出版社,2008.