斜交角度对异形斜梁桥支点反力的影响分析

韩焜焜 贾艳敏 栾兆健

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

斜交角度对异形斜梁桥支点反力的影响分析

韩焜焜 贾艳敏 栾兆健

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

利用ANSYS有限元软件分别建立了两端支承边斜度不等的异形斜交箱梁桥模型，在一期恒载作用下，分析了边支座和中支座的支点反力，得出异形桥的边支座反力均大于斜交桥的边支座反力，且随着斜交角度的增大，两者的比值呈增长的趋势，中支座反力随着斜交角度的增大而增大，最大支反力总是出现在靠近钝角一侧的中支座处。

斜交箱梁，支点反力，斜度，ANSYS

随着交通事业及城市建设的迅猛发展，特别是大量立体及平面交叉桥梁的修建，使得中、小桥梁的结构形式越来越注重于路线线形，行车舒顺和美观要求，在桥梁设计中，往往采用斜梁、弯梁、异形梁等复杂形式桥梁结构[1]。采用异形桥梁结构与路线连接，可以达到使结构线形顺畅，减少对交通影响的目的。近年来，随着预应力混凝土箱形梁的大量应用，两端支承边斜度不等的直斜桥出现了一些问题，主要表现为：支座挤出错位，梁体出现裂缝，桥台桩基础开裂等[2]。这类异形桥具有与直线桥不同的受力性能，因此，对它们进行深入的研究具有重要的意义[3]。

本文以某三跨连续异形斜交箱梁桥为研究对象，运用ANSYS建立不同斜度的实体模型进行对比分析，研究该类两端支承边斜度不等的直斜桥支点反力的分布规律。

1 模型建立

1.1 斜交桥模型

知行桥为一预应力混凝土A型连续斜支承梁[4]，跨径组合为17.5 m+32 m+16 m，一端斜度为30°，另一端斜度为15°，是两端支承边斜度不等的异形桥。横断面为单箱双室截面，箱梁顶板宽12 m，底板宽7.5 m，梁高1.45 m。混凝土采用C50混凝土，整体支架现浇，预应力钢绞线采用标准抗拉强度为1 860 MPa的钢绞线，设计荷载等级：公路Ⅱ级[5，6]。全桥整体布置见图1，支座1约束方向为dz，支座2的约束方向为dy，dz，支座3的约束方向为dx，dz，支座4的约束方向为dx，dy，dz。计算程序采用ANSYS大型通用有限元程序，建立一端斜度为30°，另一端斜度为15°的三跨连续梁有限元空间实体模型，混凝土采用Solid95体单元进行模拟，在预应力作用下，梁体主要表现为弹性变形，故建立线性弹性本构关系模型。钢束通过Link8单元进行模拟，把一个腹板内的多根钢束等效成一根大钢束，然后通过节点耦合，把钢束的节点与临近的混凝土节点进行耦合，实现预应力筋单元与混凝土单元的粘结[7，8]。对钢束施加应变荷载，起到张拉钢束的作用。钢束外形见图2，耦合后的全桥计算模型见图3。

1.2 模型结果与实测数据对比分析

知行桥开始施工前，在桥梁钢筋骨架绑扎时，将应变传感器绑扎在对应位置，应变传感器在桥梁纵向的布置见图4，采用JMZX-215AT智能弦式数码混凝土应变计，实测各测试测点的混凝土应变。为了验证ANSYS实体模型的可靠性，对知行桥在一期恒载作用下的模型数据与实测应力值进行对比，横截面位置取桥梁中线箱梁下翼缘处应变读数。计算对比结果见表1。

表1 实测应力值与模型数据对比 MPa

由表1实测应力值与有限元模型计算数据对比可知，最大误差约为7.8%，数据吻合较好，说明模型建立的比较准确。

2 计算结果分析

分别建立不同斜度(一端斜度为15°，另一端斜度为0°，15°，30°，45°)的混凝土连续箱梁桥模型，对比分析不同的斜交角度对异形斜交箱梁桥支点反力的影响。ANSYS异形桥空间模型如图5所示，斜交桥空间模型(两边支承边斜度同为15°)如图6所示。

据表2，在一期恒载作用下，随着斜交角度的增大，支座1的支承反力迅速增加，在0°，30°，45°时支座1的竖向反力分别为斜交桥(两边支承边斜度同为15°)情况下的1.02倍，1.05倍，1.16倍。而支座2的变化趋势较支座1小，在0°，30°，45°时支座2的竖向反力分别为斜交桥情况下的1.01倍，1.05倍，1.05倍。边支座支点反力变化趋势见图7。

表2 边支座一期恒载作用下支点反力

斜交角度/(°)支座1支座200.56060E+060.53239E+06150.54940E+060.52880E+06300.57458E+060.55685E+06450.63732E+060.55754E+06

表3 中支座一期恒载作用下支点反力

据表3，在一期恒载作用下，斜交角度对中支座支点反力影响较大，支座3、支座4的反力随着斜交角度的增大而增大，靠近钝角边一侧的支座3反力比支座4反力大，且支座3反力的增加趋势较支座4反力的增加趋势明显。在0°，30°，45°是支座3的竖向反力分别为斜交桥(两边支承边同为15°)情况下的0.92倍，1.07倍，1.18倍，支座4的竖向反力分别为斜交桥情况下的0.97倍，1.01倍，1.04倍。中支座支点反力变化趋势见图8。

3 结语

通过对ANSYS建立的实体模型分析研究，得出以下结论：

1)在一期恒载作用下，异形桥的边支座反力均大于斜交桥(两边支承边斜度同为15°)的边支座反力，且随着斜交角度的增大，两者的比值也呈增长的趋势。异形桥与斜交桥的中支座反力随着斜交角度的增大而增大。

2)异形桥与斜交桥支座反力随斜交角度的变化趋势总是在钝角一侧表现的较锐角一侧更加明显，且最大支座反力总是出现在靠近钝角一侧的中支座处，因此，该处支座的设置应特别注意，选用承载力较大的支座。

[1] 张 睿.空间预应力束作用下箱梁横向应力分析[D].北京：北京交通大学，2011.

[2] 秦怀仁.大角度斜交桥的病害成因与整治措施[J].安徽建筑工业学院学报(自然科学版),2006(6)：67-68.

[3] 陈翰新.异形箱梁桥力学行为研究[J].重庆交通学院学报,2005(6)：71-72.

[4] 姚玲森.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,2008：7.

[5] JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[6] 贾艳敏，高 力.结构设计原理[M].北京：人民交通出版社,2004.

[7] 王富万.基于ANSYS的梁格计算方法研究与应用[D].武汉：华中科技大学，2006.

[8] 王新敏.ANSYS工程结构数值分析[M].北京：人民交通出版社,2007.

Analysis on the impact of inclination upon special-shaped skew beam bridge support reaction

HAN Kun-kun JIA Yan-min LUAN Zhao-jian

(CollegeofCivilEngineering,NortheastUniversityofForestry,Harbin150040,China)

The paper respectively establishes special-shaped skew beam bridge model with unequal support edge inclination by applying ANSYS finite element software, analyzes the support reaction of side support and middle support under the eternal load action during the first period, and obtains that the side support reaction of special-shaped bridge is bigger than that of skew bridge; furthermore, with the inclination increasing, the rate of the two will increase, the middle support reaction will increase with the inclination increasing; in addition, the maximum support reaction always occurs in the middle support nearing the obtuse angle side.

skew box girder, support reaction, inclination, ANSYS

1009-6825(2014)11-0178-02

2014-02-02

韩焜焜(1990- )，男，在读硕士； 贾艳敏(1962- )，女，博士，博士生导师，教授； 栾兆健(1988- )，男，在读硕士

U448.213

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