斜腿剛構斜橋上部結構分析

（湖南省公路設計有限公司，湖南 長沙 410011）

1 概述

斜腿剛構橋在結構上兼具有梁和拱的特點，因此呈現(xiàn)良好的受力特點，與普通連續(xù)剛構橋相比，斜腿的作用使主梁跨度縮短，并為跨中提供免費的預應力，大大消弱了結構的內力峰值，使構件變得輕巧。一般的斜腿剛構橋都為正橋，但在特定的條件下（地形條件限制、特殊構造物要求）會產(chǎn)生一部分斜腿剛構斜橋，下面結合望城區(qū)旺旺東路張家湖中橋的實際工程設計，就斜腿剛構斜橋的上部構造在計算理論和受力特點方面談一下設計體會。

2 工程實例

2.1 工程概況

圖1 橋型總體布置圖

橋梁上部結構為現(xiàn)澆變截面箱型梁，箱梁主跨跨徑為25m，邊跨跨徑為12m，邊、主跨跨徑比為0.48。由于橋梁較寬，且為斜橋，考慮對橋梁的受力進行優(yōu)化，設計時需對主梁的長寬比進行控制，故而本橋設置為2幅，單幅主梁設置為2個箱體，中間以箱梁懸臂板相連。主梁跨中梁高為1.2m，斜腿處梁高為2m，剛結點距梁端為12m。箱梁均采用單箱單室截面，底板寬5.5m，腹板厚0.5m，懸臂長2m，頂板厚0.25m，底板厚0.25m；主梁梁端、斜腿頂、跨中均設置橫梁。由于受規(guī)劃河道的影響，本橋設計為右偏112°。斜腿為變厚度的鋼筋砼板，各分幅斜腿分離，斜腿中心軸線傾角為55°，與主梁相連處厚為1.5m，與承臺相連處厚為0.7m。中幅、邊幅斜腿橫橋向與箱梁底板同寬。

下部構造橋臺采用肋板式橋臺，臺帽厚度為1.2m，肋板厚度為1m，下設整體式承臺，承臺厚度3m， 基礎為φ150cm的鉆孔灌注群樁，橋梁所有樁基均為鉆孔灌注樁，按端承樁設計。

箱梁采用普通鋼筋混凝土結構，其中跨中腹板底部配置4層直徑32的鋼筋，橫向間距為12cm，共計16根；斜腿處腹板頂部配置4層直徑32的鋼筋，橫向間距為12cm，共計16根；其余位置頂?shù)装寰凑臻g距10cm配置直徑32的鋼筋。

圖3 空間結構計算模型圖

2.2 計算分析

2.2.1 橋梁博士軟件計算分析

本橋先采用橋梁博士平面桿系軟件進行分析，按照單梁模式進行建模，考慮到斜腿部分對樁基存在水平推力，采用上下部整體建模，全橋劃分為161個單元。

計算主要結果如下：上部主梁承載能力均滿足規(guī)范要求；上部主梁跨中最大撓度為1.8cm，小于規(guī)范容許值L/600;上部主梁截面最大裂縫為0.13mm，小于規(guī)范容許值0.2mm。樁頂最大水平位移0.8cm，小于規(guī)范容許值1cm。

2.2.2 Midas軟件計算分析

為了分析斜腿剛構橋在有斜度的情況下與正橋的差異，特別是主梁的受力情況差異，本橋又采用Midas空間計算軟件進行分析，全橋共分為379個節(jié)點，402個單元，全橋采用桿系單元建模，其中，橋梁上部結構采用梁格法模擬。

計算結果為：上部主梁承載能力均滿足規(guī)范要求；上部主梁跨中最大撓度為1.5cm，小于規(guī)范容許值L/600; 上部主梁截面最大裂縫 為0.11mm，小于規(guī)范容許值0.2mm。樁頂最大水平位移0.5cm，小于規(guī)范容許值1cm。

3 設計體會

通過采用橋梁博士和Midas計算軟件對斜腿剛構進行有限元分析，得出如下設計體會。

3.1 斜腿剛構斜橋上部結構的受力特點

斜腿剛構斜橋上部結構綜合了斜梁橋、拱橋和連續(xù)剛構橋上部結構的受力特點，從計算分析上表明結構受力非常復雜，主要特點如下：

①由于斜交角的影響，通過midas空間計算軟件得出主梁鈍角處受力遠大于銳角處，鈍角處支座反力達到2000kN，銳角處支座反力僅為1000kN。

②斜橋在外荷載作用時，外荷載產(chǎn)生的合力不通過轉動中心，對轉動中心產(chǎn)生不平衡的力矩，引起橋梁在平面內的平移。

③由于斜交角影響，在特定條件會喪失預壓力。

④由于荷載作用于斜梁橋的平面形心時，反力分布不對稱，導致主梁產(chǎn)生比較大的紐矩。

3.2 斜腿剛構斜橋上部構造的結構設計處理

根據(jù)有限元計算結果和結合其它斜梁橋、拱橋及連續(xù)剛構橋的設計經(jīng)驗，作出如下處理措施：①斜腿剛構橋在有斜交角的情況下，在特定條件會喪失預壓力，因此本次設計主梁在梁高尺寸均按照豎直連續(xù)剛構橋的尺寸考慮，并且增加了含筋量。②斜腿剛構橋在有斜交角的情況下，鈍角處受力較大，因此在鈍角處增加了角耦加強鋼筋。③考慮到扭矩效應，本次設計采用箱形斷面，同時加強了腹板抗扭箍筋，均采用16號鋼筋。④由于斜腿剛構橋具有拱橋的一些性質，因此對水平位移非常敏感，本次設計通過計算最大水平位移值為0.8cm，小于規(guī)范容許值1cm，但為了增大安全儲備，在承臺后設置齒板，增大抗滑作用，抑制斜腿水平位移。⑤本次斜腿剛構橋橋臺基礎沒有嵌入巖石，而是通過承臺及樁基礎承擔推力，為減小斜腿的推力作用，本次設計增大了斜腿的水平角（水平角為55°）。

結語

斜腿剛構斜橋上部構造的設計計算比較復雜，它不同于正的斜腿剛構橋，它的受力更具有獨特性，但通過精細的有限元分析計算，我們可以較為準確地掌握其結構的受力行為，針對其獨特的受力特點，在設計中采用相應的有效措施，是可以設計出較為可靠且經(jīng)濟適用的橋梁的。

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