部分位于曲线段的连续刚构桥以直代曲计算的差异分析

孟天昌

泛华建设集团有限公司南京设计分公司，江苏 南京 210000

连续刚构桥综合了连续梁桥和“T”形刚构桥的受力特点，主梁为连续梁体，并与桥墩固结，造型美观，经济性也较高，因此连续刚构桥在许多城市得到了广泛的应用。近几年随着城市化建设的发展，城市建设中经常遇到斜、弯桥，但为了保护土地资源，不便于进行线位调整，特别是大跨径预应力混凝土桥梁的斜、弯桥受力特性复杂，需通过空间有限元软件精细化模拟计算，设计工作量较大，周期较长，前期设计阶段常规按直线桥进行定性分析。为此，文章通过工程实例进行计算分析，研究部分位于曲线段的连续刚构桥以直代曲计算的差异情况。

1 工程概况

某跨河大桥主桥采用连续刚构形式，桥位处河口宽220m。主桥采用75m+130m+75m=280m 预应力混凝土连续刚构桥，跨中梁高3m，支点梁高6m，梁高呈二次曲线变化。根据规划线位，该桥左边跨位于300m 的平曲线段。

主梁采用单箱多室，直腹板，顶板宽度为18m，底板宽度为12m。箱梁顶板厚度为28cm，底板厚度为30cm，支点处加厚至80cm。每侧腹板厚50cm，靠近端部渐变至60cm，靠近中支点渐变至80cm。主梁采用三向预应力体系，纵、横向预应力采用φS15.20 钢绞线，竖向预应力采用JL32 高强精轧螺纹粗钢筋。

考虑桥位处地质情况较差，主桥基础均采用承台桩基础。主桥施工期间需满足通航需求，故该桥主梁采用挂篮悬臂浇筑施工。

2 模型计算及分析

为对比连续刚构桥直桥模型与弯桥模型的受力分析结果，使用桥梁有限元分析软件MIDAS、CIVIL 分别建立直桥模型与弯桥模型，进行桥梁结构空间有限元静力计算分析，主墩基座底施工弹性约束，根据悬臂施工法的施工过程分步建立有限元模型。

（1）正截面抗弯承载能力对比。直桥、弯桥正截面抗弯承载能力验算结果如图1 所示。

图1 直桥正截面抗弯承载能力验算结果

按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ 023—85）验算，结构重要性系数作用效应的组合设计最大值均小于等于构件承载力设计值，满足规范要求。直桥模型与弯桥模型的正截面抗弯承载能力无明显差异，如图2 所示。

图2 弯桥正截面抗弯承载能力验算结果

（2）支反力对比。直桥、弯桥支反力计算结果如表1、表2 所示。

表1 直桥支反力计算结果

表2 弯桥支反力计算结果

由表1、表2 可知，在最不利荷载组合下弯桥与直桥相比（以直桥为基准），主墩水平推力弯桥模型较直桥模型增大0.6%，主墩墩底弯矩弯桥模型较直桥模型减小0.7%，主墩竖向支撑力一致，可见相差不大；边墩水平推力一致，北侧边墩墩底弯矩弯桥模型较直桥模型减小4.6%，南侧边墩墩底弯矩弯桥模型较直桥模型增大1.3%，边墩竖向支撑力一致，可见相差不大。

（3）结构正截面抗裂对比。直桥、弯桥正截面抗裂验算长期效应组合结果如图3、图4 所示。直桥模型长期效应组合截面最大压应力为8.63MPa，弯桥模型长期效应组合截面最大压应力为8.31MPa。

图3 直桥正截面抗裂验算长期效应组合结果

图4 弯桥正截面抗裂验算长期效应组合结果

由图4 可知，直桥模型与弯桥模型正截面拉应力包络图无明显差异，在最不利荷载组合下弯桥与直桥相比（以直桥为基准），最大压应力弯桥模型较直桥模型减少3.7%。

（4）持久状况构件应力对比。①正截面混凝土法向压应力对比。直桥、弯桥正截面混凝土法向压应力验算结果如图5、图6 所示。直桥混凝土法向压应力最大值σkc+σpt=17.81MPa。弯桥混凝土法向压应力最大值σkc+σpt=18.54MPa。

图5 直桥正截面混凝土法向压应力验算结果

图6 弯桥正截面混凝土法向压应力验算结果

由图6 可知，直桥模型与弯桥模型正截面混凝土法向压应力大小无明显差异，在最不利荷载组合下弯桥与直桥相比（以直桥为基准），法向压应力弯桥模型较直桥模型增加4.1%。

②斜截面混凝土的主压应力对比。直桥、弯桥斜截面混凝土的主压应力验算结果如图7、图8 所示。直桥斜截面混凝土的主压应力最大值σcp=18.77MPa，弯桥斜截面混凝土的主压应力最大值σcp=18.76MPa。

图7 直桥斜截面混凝土的主压应力验算结果

图8 弯桥斜截面混凝土的主压应力验算结果

由图8 可知，直桥模型与弯桥模型斜截面混凝土的主压应力大小无明显差异。

3 结束语

文章采用以直代曲的简化计算与实际受力特性的差异，通过对比两者的计算结果，可以发现，对于大半径曲线连续刚构桥，两者力学性能差异较小，采用以直代曲简化计算，基本能真实地反映实际受力特性，实际工程前期设计过程中可采用此方法进行定性分析，节约设计周期。