墩身刚度对小半径弯箱梁的受力影响

2015-06-05 09:37
山西建筑 2015年12期
关键词:墩底横桥墩身

张 彦

(同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司,上海 200092)

墩身刚度对小半径弯箱梁的受力影响

张 彦

(同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司,上海 200092)

结合工程实例,为分析墩高对结构受力的影响,建立了不同的墩高模型,通过对多个模型的计算结果对比分析,研究了墩身刚度对小半径弯桥箱梁的受力影响,为城市立交匝道的设计提供了计算依据。

小半径弯桥,墩身刚度,反力

随着我国城市化进程的不断发展,社会对城市交通系统的要求随之急速增加。为适应这种发展,各地投入设计并施工了大量的城市高架立交系统,对于缓解城市交通压力起到了很大的作用。在大型立交的设计,尤其是互通立交匝道中,不可避免地遇到弯桥设计的问题。

1 概述

某工程是位于郑州地区的一座互通立交,两条主线分别为南北向及东西向,道路等级为城市快速路,设计车速80 km/h。主线间通过设计的八条匝道实现互通。其中四条左转匝道均为小半径弯桥。

匝道桥为双向车道,设计车速40 km/h,宽8.5 m,两侧设50 cm宽防撞墙。道路设计最小平弯半径50 m,横坡2%。

桥梁设计荷载为城—A级,安全等级Ⅰ级。

上部结构采用整体式钢筋混凝土箱梁,满堂支架施工,标准跨径为3×20 m=60 m,梁高1.6 m。悬臂长1.7 m,腹板宽度为0.4 m~0.6 m,顶板厚0.22 m,底板厚0.22 m,端横梁宽1.2 m,中横梁宽2.2 m。

匝道各墩均采用横桥向双支座的支承方式,支座间距2 m。

桥墩采用花瓶形实心墩,墩底截面为哑铃形断面,顺桥向宽度1.7 m,横桥向宽度1.9 m。桥墩墩顶横向开花,上设支座。

矩形承台尺寸为5.4 m×2.4 m×2 m,承台下设两根D1.2 m钻孔灌注桩。

2 模型介绍

为了分析墩高对结构受力的影响,拟对不同墩高的模型进行结果比对,以分析其中的规律。

计算采用Midas8.0.5作为分析软件,对恒载、汽车活载以及标准组合下的支座反力进行对比,从而分析归纳墩身高度对支反力的影响。模型准确模拟了道路平面转弯半径、箱梁自重、支座布置及墩高。

本文主要分析墩身刚度的变化对反力的影响,并不涉及墩身自身的受力,因此近似采用矩形断面模拟墩身截面。墩身材料容重取零,剔除了不同墩高的墩身重量对墩底反力的影响。

模型中桥墩沿车辆行驶的方向依次编号为P1~P4。

模型简介见表1。

表1 模型简介

3 计算分析

通过对上述3个模型的计算结果进行对比分析,结果如下。

1)墩高对恒载反力的影响。

表2 恒载作用下墩底竖向反力 kN

由表2结果可知,墩身刚度对恒载作用下的结构反力的影响很小,可以忽略不计。

2)墩高对汽车活载反力的影响见表3。

表3 汽车作用下墩底反力 kN

通过对比分析发现,模型①~模型③,随着墩身高度递增、刚度递减,汽车活载产生的墩底竖向反力随着墩身刚度的变化反应很小,幅度在1%~2%,其余方向的反力由于支座设置的因素绝对值较小。

而墩底横桥向弯矩则随墩身刚度的变化有不同的响应:a.端横梁的墩底弯矩影响较小,幅度在5%~10%以内;b.中墩墩底弯矩受墩身刚度的影响较大,刚度越小,弯矩越小,降幅在34.7%左右,但随着墩高的增加,墩底弯矩减小的幅度趋缓;c.固定墩承受一定程度的扭矩,趋势与弯矩类似,其余方向的弯矩较小,可以忽略不考虑。

3)墩高对体系升温工况的反力的影响。

通过对比分析发现,模型①~模型③,墩身高度递增、刚度递减,体系升降温产生的墩底竖向反力的差别可以忽略不计;但随着墩身高度的增加,墩身柔度影响使得支座水平反力大幅下降,模型①由于墩身刚度为无限大,因此支座的水平反力较模拟墩身刚度的模型②、模型③来说,有较大的突变。

墩身刚度的减小也有利于释放墩底的横桥向弯矩及扭矩,但唯一例外的是纵桥向约束支座所在的P3墩的纵桥向弯矩,不模拟墩身刚度的模型中为0,模拟墩身刚度后出现了反力。

4)墩高对体系升温工况的反力的影响。

通过对模型①~模型③的墩底反力分析,桥面板梯度升温产生的墩底竖向反力随墩高的增加而减少,减少幅度在7.9%~13%;同时,通过模拟桥墩的刚度,可以释放桥面板温度梯度产生的支座水平力。

温度梯度产生的横桥向弯矩在模型①中集中在中墩,当模拟墩身刚度后,有向过渡墩均布的趋势,且随墩身刚度的减少,分布更为均匀。

模型①中纵桥向约束墩的墩底有不小的扭矩,当考虑墩身刚度后,扭矩得到释放,且随着墩高的增加而减少。

4 结语

1)墩身的刚度基本上不影响恒载的反力分配。2)墩身的刚度对汽车活载下墩底的反力影响不大,计算时可不考虑。3)墩身的刚度对直接及间接活载下墩底的横桥向弯扭矩有较大的影响,因此在计算小半径弯桥的桩基受力时,墩高的影响应予以充分考虑。综上所述,对于小半径弯桥的总体计算,由于箱梁的自重占总体受力的比重相对较小,直接及间接活载对下部基础的受力的影响相应提高,因此,计算时墩身刚度对反力分配的影响不可忽视,应给予足够的重视。

[1] 项海帆.高等桥梁结构理论[M].北京:人民交通出版社,2001.

The force influence of pier stiffness to small radius curved box girder

Zhang Yan

(ArchitecturalandDesignResearchInstitute,TongjiUniversity(Group)LimitedCompany,Shanghai200092,China)

Combining with the engineering example, this paper analyzed the influence of pier height to structure stress, established the different pier height model, through the comparison and analysis on calculation results of multiple models, researched the force influence of pier stiffness to small radius curved box girder, provided calculation basis for city interchange ramp design.

small radius curved bridge, pier stiffness, counter-force

2015-02-08

张 彦(1980- ),女,工程师

1009-6825(2015)12-0184-02

U443.22

A

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