试析建筑工程曲线梁桥设计参数

论文导读：
摘要：进入21世纪后,人们开始认识到在桥梁的设计不仅仅要为自己着想,同时还要为别人着想,即关心桥梁对城市、大地的影响,以及桥梁的地标作用。本文通过案例对建筑工程曲线梁桥设计的参数分析进行了论述。
关键词:曲线梁桥；设计；温度荷载；
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1 工程概况
某工程为一掉头匝道，其中一联采用4×20m普通钢筋混凝土现浇梁，桥梁结构中线处于R=29.35m的圆弧段曲线上，上部结构采用1.4m单箱单室等高现浇箱梁，桥宽9.3m，悬臂宽度1.8m。箱梁顶板厚0.25m，底板厚0.25m，跨中腹板厚0.45m，墩顶腹板厚0.6m，中支点和边支点腹板变化段为4m。下部结构中间轴桥墩为固结桥墩，其它采用扩头式矩形桥墩，支承方式采用双支座，支座中心线向桥外弧侧偏心距离、两支座间距以及支座约束方向作为未知参数进行计算比较分析。
为分析本匝道结构在不同参数下的受力情况，采用midas civil2011计算软件使用空间梁单元模拟，共建90个节点，80个梁单元；端横梁、中横梁以及隔板自重按节点荷载进行施加。支座节点与共面梁节点采用刚性连接。
2 曲线梁桥参数分析

2.1 支座偏心距离参数分析

曲线梁桥由于内外弧的长度不同或者超高需要将梁外侧腹板设置比内侧腹板高,导致上部结构梁体的重心向外偏离结构轴线，而且考虑汽车活载产生的水平横向离心力，均会使得梁内产生扭矩，产生弯扭耦合作用。梁内的扭矩通过固结墩或者支座传递到桥墩形成平面内横向弯矩。为了使梁内扭矩受力合理和桥墩横向弯矩较小，可设置一定的支座偏心。笔者对实例采用不同支座偏心值下箱梁的扭矩和支座反力进行分析，计算结果如表1所示。
从表中可以看出，随着偏心距增大，桥墩竖向支撑反力变化不大，但同一个桥墩弯桥内侧反力逐渐增大，外侧逐渐减小。偏心距增大，可以减小边跨桥墩的横向弯矩，但固定墩的横向弯矩逐渐增大。而且箱梁内扭矩最大、最小值随偏心距变大而同时减小，选择适当的偏心距离，可以使得最大扭矩和最小扭矩的绝对值接近相等，这也是合适的偏心值[3]。另外，计算中发现支座偏心对弯桥纵向弯矩影响很小，可以忽略不计。

2.2双支座间距参数分析

在曲线梁桥中，边跨桥墩的内侧支座脱空是最常见的理由，一方面是由于温度荷载作用导致梁体平移造成的，另一方面是由于设计时对箱梁横向扭矩、支座偏心、活载偏载等理由考虑不足，导致内侧支座出现拉力而脱空。虽然将内侧支座设置成抗拉支座或在端部进行压重是可行的办法，但转变边跨两支座的间距也可以明显改善内、外侧支座受力，而且策略简单有效。我们采用三种支座间距，对实例边跨内、外侧支座反力进行参数分析，计算结果如表2所示。
从表中可以看出：（1）在恒载作用下，转变支座间距对墩顶反力和横向弯矩影响很小，可忽略不计，但在汽车活载作用下，随着支座间距的增加，墩顶反力和横向弯矩的最大值逐渐减小，最小值逐渐增大，最大值与最小值的比值逐渐减小，使得墩顶受力更加合理。（2）支座间距对内、外侧支座反力分配影响很大，随着支座间距的减小，弯桥外侧反力增加，内侧反力减小，甚至出现拉力。因此，在条件允许的情况下，尽量拉大支座间距，可以使内、外侧支座受力更加均衡，避开内侧支座出现拉力脱空，而且可以使桥墩受力更加合理。

2.3支座约束方向参数分析

在弯桥中，温度荷载对结构不利影响比直桥更为显著，这是因为直梁只发生轴向的位移，而弯梁桥则发生弧段的膨胀或缩短位移。弧度位移会引起曲率半径的变化，而圆心角不发生转变。当弯桥某个支座为固定支座，其余均为多向活动支座在发生温降时，各活动支座的位移并不相同，但均指向固定支座[4]。将支座的位移按径向和切向划分的话，往往联长较大、半径较小、温差较大弯桥的支座切向位移是不可忽略的。本文按两种约束方案（方案一：中间墩为固定墩，边跨内侧为约束径向的单向支座，其余支座为径、切向双向活动支座，；方案二：中间墩为固定墩，除边跨内侧支座外其余支座以指向固定墩中心为纵向摆放的双向活动支座，边跨内侧为约束横向的单向支座）对实例弯桥升温20℃的支座反力和位移进行分析，结果如表3所示。
从表中可以看出：（1）方案一是常规的根据曲线桥弧度设置径向和切向双向支座，当边跨内侧约束径向时，温度荷载引起的横向反力是很大的，因此，内侧支座规格的选用不仅要考虑竖向反力，更要考虑其横向剪切变形。另外将横向挡块设计强一些，在箱梁腹板外侧与墩台挡块之间放置类似于橡胶支座的垫块,既可以允许梁体产生一定的横向位移,又不至于产生太大的横向力,保护伸缩缝和支座不致破坏也是不错的辅助策略[1]。（2）方案二是根据曲线桥在温度收缩下的变形方向设置的支座方向，得出的横向反力很小，对支座剪切建筑工程曲线梁桥设计的参数论文资料由论文网www.7ctime.com提供,转载请保留地址.变形有利。因此，在实际工程中，可以以活动支座与固定支座的连线方向为纵向设计支座方向。但是，这种策略对施工放样角度确定要求较高，而且由于支座与墩台存在一定角度，支座垫石和盖梁需相应做长做宽。另外，墩台两边挡块的设置应满足箱梁沿连线方向变形的要求。
3 结语
通过上述实例的三个设计参数分析，能够看出在曲线梁桥支座设计中，采用合适的支座偏心距，拉开边跨双支座的距离以及采用适当的支座约束方向，对于曲线梁桥的支座、桥墩以及箱梁结构的受力都是有利的，可以避开由于支座设计失误导致的固结墩身开裂、梁内侧支座脱空、梁体向外侧移和翻转等一系列理由，希望对工程设计人员有所借鉴和帮助。
参考文献：
[1]谢智敏，曹卫力，弯梁桥常见理由分析[J]《广西交通科技》2003年02期
[2]石少华，弯梁桥支座设计[J]《城市道桥与防洪》2008年08期
[3]孙广华，曲线梁桥计算[M] .北京:人民交通出版社,1995.
[4]邵旭东,顾安邦.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,2004.
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