邊中跨比對(duì)橋梁受力性能的影響

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院　重慶　400074)

一、引言

眾所周知，中國(guó)是一個(gè)多山的國(guó)家，為了跨越山峰和峽谷，建造了許多的橋梁。連續(xù)鋼構(gòu)橋因其顯著的力學(xué)和經(jīng)濟(jì)性能而倍受青睞，首先應(yīng)該處理的就是連續(xù)鋼構(gòu)橋的跨徑布置問題，采用不合理的邊中跨比時(shí)，其主梁的內(nèi)力和撓度很難控制，從而會(huì)影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性。因此，邊中跨比對(duì)于連續(xù)鋼構(gòu)橋設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)非常重要，只有經(jīng)過(guò)全方面的考慮后，才能得到一個(gè)結(jié)構(gòu)受力和經(jīng)濟(jì)性合理的方案。

二、理論分析

在橋梁設(shè)計(jì)中，對(duì)于結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理性，往往通過(guò)主梁的內(nèi)力和撓度來(lái)判斷。這里主要研究主梁彎矩。

(一)公式推導(dǎo)

在求解超靜定結(jié)構(gòu)時(shí)，一般都采用結(jié)構(gòu)力學(xué)中的位移法進(jìn)行求解，并且運(yùn)用結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性可以相應(yīng)的減少結(jié)構(gòu)的未知量。以三跨等截面連續(xù)鋼構(gòu)橋?yàn)槔?，梁和墩的抗彎慣矩分別為I和I1，主梁自重用豎向荷載q代替，邊中跨比為m(=l2/l1)，墩梁線剛度比為k(=(I1/h)/(Il))，其具體參數(shù)及支撐情況見圖1。

圖1　計(jì)算模型圖

其各截面的彎矩表達(dá)式為：

從以上三式可以看出：當(dāng)跨徑確定，彎矩值只與邊中跨比m和墩梁線剛度比k有關(guān)。

(二)參數(shù)分析

根據(jù)彎矩表達(dá)式，當(dāng)連續(xù)鋼構(gòu)橋的總跨徑和k固定不變時(shí)，并且假定墩和梁都采用相同的截面，l/h取4，k取4，邊中跨比在0.5～0.8之間變化。

隨著邊中跨比的增大，邊跨跨中彎矩不斷增大，其它截面的彎矩都減少；邊跨和中跨的跨中、邊跨和中跨的根部、墩頂與墩頂?shù)膹澗胤謩e相接近。其彎矩變化圖如圖2。

圖2　截面彎矩變化圖

(三)結(jié)論

從以上的理論分析可以得到邊中跨比對(duì)連續(xù)鋼構(gòu)橋受力的影響，邊中跨比對(duì)主梁的內(nèi)力影響較大，從而對(duì)繞度的影響也較大。對(duì)于連續(xù)鋼構(gòu)橋，采用較小的邊中跨比對(duì)主梁的內(nèi)力及撓度都會(huì)產(chǎn)生有利的影響，但會(huì)使薄壁墩的受力不均勻。

邊中跨比的取值還應(yīng)考慮地形地貌的影響，使其便于施工，當(dāng)采用懸臂施工時(shí)，應(yīng)采用較小的邊中跨比。

三、邊中跨比對(duì)其他橋型受力的影響

對(duì)于橋梁的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，邊中跨比是一個(gè)極其重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，只有經(jīng)過(guò)全面、深入的分析，才能制定出比較完美的方案。

(一)梁橋

對(duì)于連續(xù)鋼構(gòu)橋、連續(xù)梁橋來(lái)說(shuō)，邊中跨比將直接影響結(jié)構(gòu)的整體受力形式，一般采用邊跨和中跨長(zhǎng)度不等的跨徑布置形式，邊中跨比一般限制在0.5～0.8。

(二)拱橋

在大跨徑的拱橋中，除了在有推力體系中采用單跨布置外，其余的大多采用多跨體系，對(duì)于兩跨及多跨的拱橋來(lái)說(shuō)，邊中跨比是總體布置中的一個(gè)非常重要的參數(shù)。

(三)斜拉橋

對(duì)于雙塔斜拉橋體系來(lái)說(shuō)，邊中跨比對(duì)其結(jié)構(gòu)體系的受力有這非常重要的影響，其取值一般應(yīng)根據(jù)具體的地形地貌及通航要求來(lái)確定，還應(yīng)考慮其受力性能和經(jīng)濟(jì)性能。從美學(xué)的角度來(lái)考慮，為了能在視覺上清楚的表現(xiàn)主跨，其邊中跨比一般都小于0.5。

(四)懸索橋

在現(xiàn)代橋梁中，許多懸索橋一般采用0.2～0.4的邊中跨比，但由于地形地貌、通航要求以及橋下凈空等影響，懸索橋的邊中跨比也可采用0.4～0.5。

四、總結(jié)

在橋梁的設(shè)計(jì)當(dāng)中，邊中跨比對(duì)于結(jié)構(gòu)受力的合理性有著非常重要的影響，同時(shí)影響著橋梁施工的方法以及后期維護(hù)等問題。適當(dāng)?shù)倪呏锌绫炔粌H能使結(jié)構(gòu)受力合理，而且能給人以視覺上的美感。