小半径弯梁支座布置及结构分析

马继成

内蒙古交通设计研究院有限责任公司

小半径弯梁支座布置及结构分析

马继成

内蒙古交通设计研究院有限责任公司

小半径弯梁是当前城市交通中应用较多的一种桥梁结构，属于典型的曲线桥梁。在对小半径弯梁结构进行设计的时候，不仅需要考虑弯矩及剪力影响，还需要分析扭矩对桥梁结构稳定性的影响，以此来增强桥梁的抗倾覆能力。文章对小半径弯梁的基本受力情况进行了详细分析，指出了支座布置原则及要点，通过构建结构模型并计算，得到最为科学、可行的小半径弯梁支座布置方案及结构设计方案。

小半径弯梁；受力特性；支座布置；结构分析

基于城市交通运输需求的不断提高，市政道路桥梁已经难以满足实际需求，其结构形式在不断改进、创新，同时结构组成也变得更加复杂，匝道桥梁和曲线桥梁变得越来越常见，以小半径弯梁在城市立交中的应用最为广泛。相较于普通形态的桥梁结构，小半径弯梁受到弯矩、扭矩、剪力等多种载荷作用，在运行使用过程中，经常出现支座移位、支座剪切变形等问题，降低了小半径弯梁的整体承载能力，不利于保证桥梁的稳定性及安全性。所以，加大对小半径弯梁支座布置及结构的分析研究力度，是非常重要且必要的。

1.小半径弯梁基本受力情况

小半径弯梁属于曲线桥梁，从力学角度对小半径弯梁结构进行分析时，主要是从其曲率方面考虑的。无论小半径弯梁处于固定载荷状态还是变化载荷状态，其结构受力情况都与弯矩和扭矩有着之间关系，并且这种影响会随着向心力大小的变化而发生改变。首先，小半径弯梁受弯矩和扭矩的联合作用影响。当小半径弯梁在垂直于横截面的方向上出现弯曲时，会因为曲率作用而发生扭转，引起桥梁结构的变形。并且，当小半径弯梁承受载荷时，弯矩和扭矩的联合作用影响会更加明显。其次，小半径弯梁在扭矩作用下，桥梁内侧与外侧荷载分布不均衡，两边支座的反向作用力数值不相等，常常桥梁内侧负反力的影响而出现支座脱空现象，难以发挥支座在桥梁整体结构的基础作用。总的来说，小半径弯梁的受力情况是比较复杂的，这些都是在进行结构设计和布置支座时需要考虑并解决的问题。

2.小半径弯梁支座布置及结构分析

为确保小半径弯梁支座布置及结构设计的科学性与合理性，以某小半径弯梁为研究对象，对此进行了详细分析。已知该小半径弯梁为组合式箱梁结构，由三个跨径组成，跨度均为22m。桥梁圆曲线半径为48mm，桥面宽度和梁高分别为11m和1.5m，桥梁内侧和外侧均设有一个支座，起到边界支撑作用。

2.1 模型构建

根据小半径弯梁实际情况，依据各项参数，利用MIDAS软件在计算机中构建模型进行计算。

2.2 受力分析

小半径弯梁所受荷载分为固定荷载和变化荷载两部分，在对桥梁结构进行受力分析时，需要进行综合考虑。桥梁结构所受固定载荷主要包括其自身重力、桥面及防撞墙荷载、基础变位和收缩徐变等。小半径弯梁结构材料为混凝土，桥面材料为沥青混凝土，两者容重分别为26.25kN/m3和24kN/m3，并将两者的偏载影响考虑在内，防撞墙材料为钢筋混凝土，每一侧所受荷载为15kN/m。在对小半径弯梁基础变位荷载进行计算时，是以0.01m作为瞬时不均匀沉降标准的，而桥梁的收缩徐变年限为10年。

在对小半径弯梁结构所受变化荷载进行分析时，主要影响因素包括汽车载荷、温度载荷、汽车冲击力等。在汽车荷载方面，该小半径弯梁所在道路的公路等级为－I级，车辆行驶方向为单向，按2车道加载，车道荷载加载方向沿其横向方向，车道超载系数为1.15。在对温度荷载进行分析时，从当地天气气候实际情况入手，桥梁建设完成时期，平均温度为12—18℃，整体升温25℃，整体降温25℃，在选取日照温差数值时，是以JTG D60-2012为标准。温度梯度变化规律为：升温T1=14℃、T2=5.5℃，降温T1=—7℃、T2=—2.75℃。在对汽车冲击力荷载进行计算时，依据特征值可以得到桥梁结构基频为6.9Hz。

2.3 支座设置

在设置小半径弯梁支座时，为避免出现支座脱空现象，需要对梁两侧支座相反作用力进行适当调整，具体实现方式为对支座进行偏心设置。此次研究中一共对四种支座设置方式进行分析，两种方案中支座间距为3.5m，一种方案设置偏心为0.3m，一种不设置偏心，另外两种方案支座间距为4.0m，偏心设置与另外两种方案相同。小半径弯梁的最大和最小支反力均出现在使用阶段，假定支座最小反力控制值为100kN，对四种形式的支座的设计方案进行计算、分析，可以得到支座具体反力情况。对四种支座塞布置方案的计算结果进行总结，可知，支座支反力会随着支座间距的增大而改善，并且对支座进行偏心设置，也可以增大其支反力。

2.4 结构计算

在对小半径弯梁结构进行计算时，主要是从扭矩作用对其造成的影响进行考虑的，同时还需要对桥梁结构截面裂缝进行分析。在弯梁结构中，分析扭矩作用时，是以支座位置处为研究对象的，经计算得到最大扭矩和最小扭矩分别为6108.66KN.m和—6059.57KN. m，均小于规定的对应截面抗力，满足结构抗扭设置要求。对弯梁结构截面裂缝进行计算，可以得到主梁最宽裂缝，其中主梁上侧的最宽裂缝出现在中间支点位置处，其宽度为0.126mm，主梁下侧的最宽裂缝出现在38节点截面位置处，其宽度为0.20mm，均小于规定的小半径弯梁结构截面裂缝极限值，符合设计要求。

3.小半径弯梁支座布置及结构设计原则

通过结合实例进行分析可知，在设计小半径弯梁结构时，是要遵循一定的基本原则的。首先，如果设计空间较大时，应尽量增大弯梁曲线半径，将半径对弯梁结构的荷载影响降到最低。其次，如果设计空间有限，弯梁曲线半径较小时，为避免出现支座脱空现象，则需要通过增大支座间距及对支座进行偏心设置，来增大最小支反力，以此来增强弯梁抗倾覆能力。另外，小半径弯梁最大扭矩出现在支座附近，为增强支座抗扭性能，可以设置隔挡板。

结束语：

城市道路桥梁建设空间的不断减小，使得小半径弯梁形式的桥梁越来越多，已经成为城市市政道路桥梁建设必然发展趋势。通过对小半径弯梁支座布置及结构进行分析、计算，可以得到最为科学、合理的支座布置形式，有效的解决了支座移位、支座剪切变形等问题，具有较高的借鉴应用价值。

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