支座布置对连续弯桥抗倾覆性能的影响分析

赵 丽

(合肥信睦工程建设有限公司,安徽 合肥 230023)

近年来,弯梁桥因其适应地形变化能力强、造型美观等优点,在城市高架匝道桥中得到了广泛的应用。由于“弯扭”耦合作用的存在,弯桥受力特性与稳定理论比较复杂,以至于弯桥在实际使用中往往发生失稳倾覆现象,尤其是采用独柱墩单支座的整体式截面连续弯桥,更容易发生倾覆事故。因此,本文以某具体连续弯桥工程为例,结合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362-2018)(以下简称《桥规》)中规定的梁桥抗倾覆验算方法,利用“桥博4.0”建立分析模型,对比分析该桥中支点为单支座与双支座两种工况下的抗倾覆计算结果以及中支点为单支座的工况下,中支点向外弧侧的预偏心值对其抗倾覆稳定系数的影响规律,以期对实际工程中弯桥抗倾覆设计提供一定参考。

1 抗倾覆验算方法

交通运输部颁布的现行《桥规》中规定:按作用标准值进行组合时,整体式截面的梁桥抗倾覆稳定系数应满足下式要求:

式中:kqf为横向抗倾覆稳定系数,取kqf=2.5;∑Sbk,i为使上部结构稳定的效应设计值;∑Ssk,i为使上部结构失稳的效应设计值。Sbk,i为永久作用下,第i个桥墩处失效支座的支反力标准值与第i个桥墩处失效支座与有效支座的支座中心间距乘积;Ssk,i为在可变作用下,第i个桥墩处失效支座的支反力标准值与第i个桥墩处失效支座与有效支座的支座中心间距乘积。

2 计算模型

2.1 模型概况

此次采用模型为某试车场高架匝道桥工程,跨径布置为3×20 m,曲率半径为30 m,采用钢筋混凝土单箱双室整体箱形截面,箱梁梁高1.4 m,底宽6.05 m,全宽8.55 m,悬臂长1.25 m,横截面如图1、图2所示。

图1 跨中横截面(单位:cm)

图2 梁端横截面(单位:cm)

2.2 有限元模型

利用“桥梁博士4.0”建立上述弯桥的有限元模型,如图3所示。主梁梁体采用常规空间混凝土主梁构件模板,主梁共划分为63个计算单元,每个计算单元包含 2 个节点,每个节点考虑沿纵向、竖向、横向的3个平动自由度和3个转动自由度。

图3 有限元模型

为研究支座布置形式对其抗倾覆的影响,边界条件采用两种形式:

(1)中支点采用单支座支承,边支点采用双支座支承;

(2)中支点、边支点处均采用双支座支承。

3 计算结果及析

(1)边支点采用双支座支承,中支点分别采用单支座支承与双支座支承两种工况下,弯桥梁抗倾覆效应计算结果见表1。

表1 中支点单/双支座时桥梁抗倾覆计算结果

从表1可以看出:孩当连续弯桥中支点采用单支座支承时,内弧侧稳定效应高于外弧侧稳定效应,内弧侧抗倾覆稳定系数大于外弧侧抗倾覆稳定系数,且外弧侧抗倾覆稳定系数小于2.5,不满足现行《桥规》中的规定,桥梁存在向外弧侧倾覆的风险。当连续弯桥中支点采用双支座支承时,内弧侧稳定效应高于外弧侧稳定效应,内弧侧抗倾覆稳定系数大于外弧侧抗倾覆稳定系数,旦内、外弧侧抗倾覆稳定系数均大于2.5,均满足现行《桥规》中的规定。连续弯桥中支点采用双支座支承时,内、外弧侧抗倾覆稳定效应与抗倾覆系数均大于中支点采用单支座支承时。

(2)对中支点单点支座进行预偏心设置,分别给予向外弧侧0 cm、10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、50 cm、60 cm、70 cm、80 cm的预偏心值。桥梁内外侧抗倾覆稳定系数随支座预偏心值的变化规律如图4所示。

图4 抗倾覆稳定系数

由图4可知：

(1)当支座预偏心值为0时，弯桥内弧侧抗倾覆稳定系数为4.9，大于规范值2.5，满足要求；但是弯桥外弧侧抗倾覆稳定系数为1.9，小于规范值2.5，不满足要求，说明当支座预偏心值为0时，连续弯梁桥有向外弧侧倾覆的可能性。

(2)随着支座向外弧侧预偏心值增大，弯桥内弧侧抗倾覆稳定系数减小，外弧侧抗倾覆稳定系数增大。当支座向外弧侧预偏心值为58 cm左右时，内弧侧稳定系数变化迹线与外弧侧稳定系数变化迹线相交，交点抗倾覆稳定系数为3.3左右，大于规范值2.5，此时，弯桥内、外弧侧抗倾覆稳定效应相当，且满足规范要求。

4 结 论

本文针对桥跨布置为3×20 m,曲率半径为30 m的小半径连续弯梁桥,采用“桥博4.0”建立计算模型,对比分析了中支点为单支座与双支座两种工况下的抗倾覆结果以及中支点为单支座的工况下,中支点向外弧侧的预偏心值对其抗倾覆稳定系数的影响规律,得出如下结论:

(1)在相同曲率半径相同跨径的情况下,中支点双支座的连续弯桥抗倾覆能力高于中支点单支座的连续弯桥,因为双支座可以更加有效的分担弯桥的支座反力,使支座反力的作用力矩更大,所以双支座设置更加稳定,也是良好的抗倾覆改善措施。

(2)弯梁桥中支点单点支承向外弧侧设置预偏心,能够有效地调整梁内受力分布,平衡弯梁桥内、外弧侧抗倾覆性能,从而整体上提高弯梁桥的抗倾覆稳定性。

因此,在实际工程中,设计师在针对连续弯桥抗倾覆设计时,可参照本文分析结果,合理设置支座形式,优选采用中支点双支座支承形式;当条件受到约束需要采用中支点单支座支承形式时,应合理设置支座的预偏心值。