弯桥计算分析

邱金亮 方水平

0 引言

道路等级的提高和城市交通量的增大,使得大型公路立交桥和城市立交桥的建设如雨后春笋,斜桥、弯桥的数量也急剧增多。相对于直线桥而言,弯桥因受弯、扭耦合效应的影响,其受力更为复杂。曲梁的扭矩比直梁要大许多,过大的扭矩给曲梁桥的上部结构和支座的设计带来困难,并且使得桥梁的建设投资增加。曲线梁桥支座多于一个时,具有较强的抗扭约束能力,而中间的独柱式点铰式支座如果沿着梁的剪力中心线设置,就没有抗扭约束能力,这样的支座使得上部结构的扭矩最大值较大,且沿着梁桥纵向分布极不均衡,引起材料和投资的加大。沿着曲线桥的径向向外调节独柱桥墩的位置,使其偏离梁的剪力中心线,可改善曲线梁桥内力,节约材料。对曲率半径较小的弯连续梁桥进行分析计算,目前主要有两种方法:1)选取单梁法,用单梁建模计算时,把它简化成一根细梁或曲杆来计算,从而得到各个截面的内力和位移,其结果虽然不能反映出挠度沿梁宽方向的分布情况,但此种方法建模简单、计算结果可以直接运用截面设计;2)选取梁格法,用梁格法建模进行分析计算,可以得到挠度、内力沿梁宽方向的分布值,用于施工控制很有必要,此种方法建模较复杂,计算结果需要一定的整理才能运用于截面设计。

1 工程概况

军山枢纽互通B匝道跨线桥是处于永修—武宁高速上的一座4跨一联钢筋混凝土箱形截面连续梁桥。桥梁曲率半径为130 m,跨径设置为19.9 m+28 m+28 m+19.9 m,桥梁全长为103.92 m。桥梁平面位于圆曲线内,桥梁设置了5%的超高。2号桥墩为独柱,桥梁支座采用盆式橡胶支座。桥梁总体布置见图1。

2 模型建立

本桥用桥梁博士V3.10分别采用单梁法、梁格法进行建模分析,主梁采用梁单元进行模拟。由于本桥的支座采用铰支座,故模型中未考虑桥墩的影响,而直接将约束加在主梁相应的位置。单梁法模型中划分了115个单元,梁格法模型中划分了501个单元。其计算模型如图2,图3所示。

3 计算结果及分析

按图2,图3两种建模方法得到的模型进行结构计算分析,其对比分析结果见表1。

表1 两种建模计算结果分析表

由表1分析可知:1)单梁法模型计算出来的弯矩较梁格法小,两者相差值在5%左右,其差值在工程允许范围之内,可以忽略不计;2)单梁法模型计算出来的扭矩较梁格法大,两者相差值在15%左右,其差值超出工程允许范围,故弯桥设计和计算时必须考虑这两种模型所得结果的差别;3)单梁法模型计算出来的裂缝较梁格法大,两者相差值在5%左右,其差值在工程允许范围之内,可以忽略不计。

4 结语

通过对两种计算模型的计算结果对比分析可得出:单梁法计算出来的内力较梁格法弯矩偏小,扭矩偏大,故对于较大半径的弯桥,扭矩不控制设计时,可以选择单梁模型进行计算设计,用单梁模型计算出来的内力来控制截面设计和裂缝宽度计算是能满足工程设计的要求;对于半径较小的弯桥,扭矩控制设计时,截面纵向钢筋和裂缝宽度设计时可以根据单梁模型计算出的弯矩来进行设计,抗扭箍筋计算若采用单梁模型稍微偏保守一点。总之用单梁法计算出来的内力来控制桥梁设计可以满足工程设计的要求,特别对于桥梁初步设计阶段,以减少弯桥设计计算的工作量。

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