基于荷载横向分布的20 m 斜交梁式桥支座选型精确分析

黄传进

（福建路发工程勘察设计有限公司，泉州 362000）

1 工程概况

某公路桥由一跨7 片装配式斜交梁式桥组成，跨径为20 m，由于斜交角度的存在，预制7 片梁长分别为18817 mm、19161 mm、19505 mm、19850 mm、20194 mm、20539 mm 和20883 mm。 主梁采用矮T梁结构形式，梁高度1.1 m，梁间距1.55 m，其中内梁预制宽度1.0 m、边梁预制宽度1.05 m，翼缘板中间湿接缝宽度0.55 m。 主梁跨中肋厚0.30 m，两端部均匀加厚段0.40 m。简支斜T 梁桥型布置与横断面图如图1 所示。 其中第三孔小桩号侧桥宽B=10475.6 mm，湿接缝b=561.4 mm，大桩号侧桥宽B=10768.3 mm，湿接缝b=610.4 mm。

所采用的主要技术标准和材料为：（1） 设计安全等级：一级；设计荷载：公路-I 级；（2）设计行车速度：80 km/h；（3）主梁为C50 混凝土，混凝土弹性模量为3.45×104MPa[1]，混凝土的容重为26 kN/m3，铺装沥青混凝土容重为24 kN/m3；钢绞线采用强度为1860 MPa 的钢丝，弹性模量为1.95×105MPa，张拉控制应力为1860×0.75=1395 MPa，钢绞线松弛系数为0.3，孔道磨阻系数和偏差系数为0.25 和0.0015。

2 模型建立与工况分析

采用结构分析软件Midas/Civil， 根据桥孔平面布置情况建立主梁梁格，为精确分析，纵向主梁和湿接缝单元均建立为梁单元，横向采用无质量梁单元使桥面形成整体，同时考虑横隔板自重及刚度作用，所建立的空间梁格模型如图2 所示。

图2 有限元模型及其平面图

由于空间梁格模型，无法实现桥面移动荷载的随机加载情况，基于空间梁格模型，通过分析3 种工况下单梁荷载横向分布效应，以确定单梁受力状态[2]，所选取的3 种工况分别是支座截面、1/4 跨截面和1/2 跨截面位置， 通过移动荷载在所选取截面位置处的横向加载，提取每片梁剪力最不利布置时各片主梁剪力值，通过该主梁剪力值（比如第一片梁剪力F1） 与该移动荷载工况下所有主梁剪力值（F1，F2，…，F7）之和的比值以获得单梁的荷载横向分布效应η1[3]，如式（1）所示。

每片T 梁端部均设置单只座，支座位置与影响线作用位置（即荷载横向分布效应计算原理）如图3所示。

图3 支座布置与影响线作用位置说明

3 结果分析

3.1 各片梁移动荷载横向分布效应

正交梁计算各片主梁荷载横向分布效应时，往往以跨中截面为计算关注截面，而斜T 梁分析时需要增加几处关注截面， 此时采用图3 影响线模式，以1/4 跨截面和1/2 跨截面为关注截面进行横向分布效应分析，计算结果见表1。

就该简支斜T 梁而言，较短的边梁荷载横向分布系数最大。 中梁的荷载横向分布系数在靠近边梁处较大，其中2# 和6# 中梁荷载横向分布系数基本相同。 1/4 跨截面位置双车道布置时中梁横向分布效应稍高于1/2 跨截面，综合考虑跨径、横向分布效应及其位置信息，单梁分析时以1# 边梁、6# 中梁及7# 边梁为关注对象， 横向分布系数分别统一取0.4754、0.4298 和0.4463，计算结果可供单梁分析提供参考。

3.2 支座反力移动荷载横向分布效应

有限元分析时，结构恒载是确定的，而活载作用位置不同对支座反力的影响不同。 图3 中首支座和尾支座受力相似，为了较为准确地分析支座反力数值大小，充分考虑桥面活载纵横向分布效应，以首支座为关注对象，分别取支座截面、1/4 跨截面和1/2 跨截面计算活载不同作用位置时的支座竖向反力影响线，以得到相应的支座反力横向分布效应，确定恒活载作用下的支座反力大小。 为方便起见，以1/4 跨径截面为例，所得到的首支座反力影响线如图4 所示。

表1 各片梁移动荷载横向分布效应计算结果

图4 支座竖向反力影响线

按照以上方法，在求得支座截面、1/4 跨径截面和1/2 跨径截面横向分布效应的基础上， 取首支座1、首支座6 和首支座7 为关注位置，按照横向分布效应纵向布置车道， 考虑其他荷载进行标准组合后，得到该3 处支座竖向反力见表2。

表2 首支座竖向反力汇总

主梁支座选用规格为GJZF4250×300×54，由《公路桥梁板式橡胶支座规格系列》（JTT663-2006）查得最大承压力均为696 kN[4]，满足设计要求。

4 结论

基于结构分析软件Midas/Civil， 建立了简支斜交T 梁的梁格分析模型，所得的主要结论如下：

（1） 通过1/4 跨截面和1/2 跨截面横向移动荷载分析得到了各片单梁的荷载分布效应，为类似结构进行单梁分析提供理论支撑。

（2） 通过支座截面、1/4 跨截面和1/2 跨截面横向移动荷载分析， 得到了各支座横向分布效应，进而确定了标准组合下支座竖向支反力，为类似结构支座选型提供参考。