小半徑連續(xù)彎梁橋中間獨(dú)柱墩橫橋向偏心設(shè)計(jì)

許江林

（深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 深圳 518029）

小半徑連續(xù)彎梁橋中間獨(dú)柱墩橫橋向偏心設(shè)計(jì)

許江林

（深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 深圳 518029）

小半徑連續(xù)彎梁橋中支點(diǎn)設(shè)獨(dú)柱墩時(shí)，往曲線外側(cè)方向設(shè)置預(yù)偏心，將極大改善因彎扭耦合作用產(chǎn)生的主梁扭矩以及內(nèi)、側(cè)支座的不均衡反力。結(jié)合工程實(shí)例，以主梁扭矩分布的均勻程度、內(nèi)外側(cè)支反力的均衡程度等作為指標(biāo)，獲得預(yù)偏心的合理設(shè)計(jì)值。有關(guān)經(jīng)驗(yàn)供相關(guān)專業(yè)設(shè)計(jì)人員參考。

小半徑連續(xù)彎梁橋；獨(dú)柱墩；預(yù)偏心

0 引言

連續(xù)彎梁橋中間支承采用獨(dú)柱墩，有節(jié)省造價(jià)、美觀、橋下視野好等優(yōu)勢(shì)，在城市立交匝道橋上被廣泛使用。特別當(dāng)橋下有下穿道路時(shí)，獨(dú)柱墩的設(shè)置極大地提高了橋跨設(shè)計(jì)的靈活性。由于彎扭耦合作用，彎橋主梁將產(chǎn)生往外扭轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，半徑越小趨勢(shì)越明顯。在中支點(diǎn)布置獨(dú)柱墩，主梁的扭矩不能傳遞到墩柱上。如果獨(dú)柱墩都設(shè)置在主梁中線上，主梁的扭矩將由中跨向邊跨不斷累積，使梁端存在很大的扭矩，梁端內(nèi)側(cè)支反力遠(yuǎn)小于外側(cè)支反力，甚至出現(xiàn)負(fù)反力。如果給予獨(dú)柱墩往曲線外側(cè)一定的偏心值，則可以調(diào)整主梁扭矩分布，降低梁端扭矩并使內(nèi)外側(cè)的支反力變得均衡。本文以某城市立交的小半徑匝道橋?yàn)槔?，?duì)獨(dú)柱墩采用不同的偏心值進(jìn)行主梁結(jié)構(gòu)計(jì)算，以主梁扭矩分布的均勻程度及梁端內(nèi)外側(cè)支反力的均衡程度為指標(biāo)，確定最優(yōu)的偏心設(shè)計(jì)值。

1 工程實(shí)例

以某城市立交跨徑組合為3×20 m的單箱單室預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁橋?yàn)檠芯繉?duì)象，橋?qū)? m，主梁中心線半徑60 m，橋跨布置和主梁橫斷面分別如圖1和圖2所示。端支點(diǎn)設(shè)置雙支座，支座間距3 m，中支點(diǎn)設(shè)置單支座，并設(shè)置往曲線外側(cè)的預(yù)偏心值e，需通過(guò)計(jì)算分析確定具體數(shù)值。活載為城-A荷載，最多布置兩列車道。

圖1 橋跨布置（單位：m）

圖2 主梁橫斷面（單位：m）

通過(guò)對(duì)主梁進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)計(jì)算，獲得在獨(dú)柱墩采用不同的偏心值（e=0～0.6 m）時(shí)主梁的內(nèi)力以及支座的反力，并以此為依據(jù)確定最優(yōu)的偏心設(shè)計(jì)值。本文采用空間有限元程序Midas Civil進(jìn)行計(jì)算，模型如圖3所示。

圖3 有限元模型圖

2 計(jì)算結(jié)果

隨著偏心值從0（不偏心）增大至0.6 m，主梁的縱向彎矩、扭矩、最大或最小支反力分別如圖4～圖7所示。

圖4 主梁正彎矩圖

圖5 主梁扭矩圖

圖6 最大支反力圖

從圖4可以看出，隨著偏心增大，主梁跨中正彎矩稍有增大，而中支點(diǎn)的彎矩（負(fù)彎矩絕對(duì)值）卻稍微下降，這是因?yàn)橥€外側(cè)的預(yù)偏心產(chǎn)生的梁體往曲線內(nèi)側(cè)的扭轉(zhuǎn)卸載了中支點(diǎn)負(fù)彎矩，使跨中彎矩增大。從圖5可以看出，隨著偏心增大，梁端扭矩（絕對(duì)值）顯著減小，中支點(diǎn)扭矩（絕對(duì)值）顯著增大；偏心為0.5 m時(shí)，中支點(diǎn)扭矩接近梁端扭矩；偏心為0.6 m時(shí)，中支點(diǎn)扭矩反超梁端扭矩。從圖6和圖7可以看出，未設(shè)偏心時(shí)，端支點(diǎn)內(nèi)側(cè)支反力遠(yuǎn)小于外側(cè)，甚至出現(xiàn)負(fù)反力。隨著偏心增大，內(nèi)側(cè)支反力顯著增大，外側(cè)支反力顯著減?。黄臑?.6 m時(shí)，內(nèi)、外側(cè)支反力已非常接近；中支點(diǎn)支反力隨偏心變化不明顯。

圖7 最小支反力圖

以梁體扭矩分布的均勻程度作為評(píng)價(jià)參數(shù)時(shí)，預(yù)偏心0.5～0.6 m時(shí)最為理想，梁體扭矩峰值降到最低，繼續(xù)增大偏心反而使扭矩峰值上升；以端支點(diǎn)內(nèi)、外側(cè)支反力的均衡程度作為評(píng)價(jià)參數(shù)，預(yù)偏心0.6 m時(shí)最為理想，內(nèi)側(cè)支反力接近外側(cè)，繼續(xù)增大偏心反而使內(nèi)側(cè)支反力超過(guò)外側(cè)。綜上，本例將預(yù)偏心設(shè)置為0.6 m，此時(shí)，主梁縱向扭矩分布均勻，端支點(diǎn)內(nèi)、外側(cè)支反力較為平衡，結(jié)構(gòu)受力合理。

3 結(jié)語(yǔ)

從本文案例的計(jì)算結(jié)果可以看出，中墩向曲線外側(cè)設(shè)置預(yù)偏心，對(duì)主梁縱向受力影響微小，卻能有效改善主梁的扭矩分布，降低扭矩峰值，平衡內(nèi)、外側(cè)支反力，使結(jié)構(gòu)受力更為合理。鑒于彎梁橋受力情況復(fù)雜，受曲線半徑、橋跨布置、支座布置等多因素影響，設(shè)計(jì)師在具體工程的設(shè)計(jì)中，可參考本文的方法，以主梁扭矩分布及支反力作為指標(biāo)，設(shè)置合理的預(yù)偏心值。

U442.5

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1009-7716（2017）08-0095-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.08.029

2017-03-30

許江林（1986-），男，福建泉州人，工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)工作。