箱形梁橋橫梁選取合理支座布置形式的方法①

凌 晨

(同濟大學，上海 200092)

0 引言

近些年來，為了適應經濟和交通高速發(fā)展的需求，我國城市橋梁和立交橋梁工程建設得到迅猛發(fā)展.在中、小跨徑以及一些大跨徑的城市橋梁和立交橋梁中，鋼筋混凝土和預應力鋼筋混凝土箱梁橋以其優(yōu)越的力學性能和適用性能發(fā)揮著獨特的優(yōu)勢，備受廣大橋梁設計者的青睞.而在箱梁的受力中，橫梁的受力更是重中之重，雖然現(xiàn)在對橫梁的計算方式沒有一種統(tǒng)一計算方法，但是無論何種計算方法，支座的布置形式都會影響到橫梁的內力線形，一個好的內力線形，對橫梁的配束及配筋有百利而無一害.

下面本文以兩例不同寬度的橫梁算例，對于如何合理的選取支座布置形式進行探討.

1 工程實例

常說的支座布置形式主要包括兩方面:支座間距和支座個數(shù).合理的支座布置形式是指通過適當?shù)恼{整支座間距以及支座個數(shù)來獲得最好的內力線形，即能滿足工程設計的各種要求.工程中常用的支座個數(shù)為2支座與4支座形式，3支座很少用到，因為一般情況下，橫梁截面為對稱截面，受力也大部分為對稱受力，對于特殊情況的橫梁本文不予考慮.

下面兩個算例的橫梁加載方式為恒載通過箱梁所有腹板以集中力的形式傳遞給橫梁，活載主要為車輛重軸直接作用于橫梁上引起的效應，不考慮人群荷載效應.

通過橋梁博士建模計算，分別在2支座與4支座情況下，不斷改變支座間距，統(tǒng)計最大的負彎矩以及剪力值，然后比較數(shù)據，選取最優(yōu)的支座布置形式.

圖1 中橫梁斷面

圖2 中橫梁截面

1.1 算例1

為某城市高架橋，跨徑為52+80+52的變高連續(xù)梁橋的中橫梁，采用單箱多室箱形截面，梁高4.5m，橫梁頂板寬度 25.5m，底板寬度 19.5m，頂板厚度0.25m，底板厚度1m，腹板厚度0.7m.

初步取支座個數(shù)為兩個，支座最小間距為4m，然后兩個支座分別向兩邊每次移動0.5m，收集支座處的負彎矩值以及剪力值如下表:

表1

由表中數(shù)據可以知道，支座間距越大，負彎矩和剪力數(shù)值都在減小，而且負彎矩的減小速度是剪力的10倍左右，且當支座間距大到一定程度時，剪力又會增大，呈負增長，剪力存在一個最小值，所以在兩支座情況下，支座間距的最理想值即為剪力最小時對應的數(shù)值.但是在12m時，兩支座之間正好出現(xiàn)正彎矩，其值為16030KN/M，而在11m時仍未出現(xiàn)正彎矩，且剪力值也很接近最小值，能滿足規(guī)范要求的抗剪要求，且預應力線形也比較平滑，比較好看，所以綜合考慮負彎矩、支座間正彎矩以及最不利剪力值，上述算例最終選取的支座間距為11m.

1.2 算例2

為某城市高架橋4跨連續(xù)梁橋的一個中橫梁，每跨跨徑為30m，采用單箱多室截面，梁高2m，橫梁頂板寬度43.5m，底板寬度32.5m，頂板厚度0.25m，底板厚度0.52m，腹板厚度0.7m.

由于該中橫梁截面寬度為43.5m，寬度太大，如果采用兩支座布置形式，必定會處于大懸臂狀態(tài)，造成負彎矩過大，從而無法滿足設計要求，即使通過配預應力鋼束能夠滿足規(guī)范要求，所需要的預應力鋼束數(shù)量肯定很多，那樣無論在設計上還是在經濟上都是不合理的，故本算例采用4支座形式.

同時，該截面在實際受力過程中，從翼緣到邊箱室這段截面除了自重受力之外，幾乎只有欄桿、防撞墻以及二期鋪裝的荷載作用，這部分荷載所產生的效應很小，故我們可以先把兩個邊支座的位置放在第一個直腹板處，即兩個邊支座間距為31.2m，這樣這個支座處的負彎矩很小，腹板處截面大，抗剪也肯定能滿足要求，而兩個中支座的位置則效仿算例1，初步定為4m，然后兩個支座分別向兩邊每次移動1m，收集中支座處的負彎矩及剪力數(shù)值，如下表:

表2

由上表可知，當邊支座不動，中支座間距增大時，中支座處的負彎矩迅速減小，并在支座間距為10m時達到最小值，隨后開始迅速增大，而中支座處的剪力在支座間距為6m時達到最小，隨后開始增大，邊支座處的剪力則一直在穩(wěn)定的減小，且中支座之間在8m時出現(xiàn)正彎矩，隨后增長速度很快.綜合考慮負彎矩、正彎矩以及剪力的數(shù)值，由于同一橫梁下的4個支座型號一般都是一樣的，應該考慮邊支座與中支座剪力數(shù)值比較接近的間距，所以中支座間距推薦選擇10m.隨后再以相同方式向中間移動邊支座，觀察中支座及邊支座的負彎矩及剪力變化情況，如下表:

表3

由表3可以看出，當邊支座位置改變時，邊支座處的負彎矩值變化很大，是中支座負彎矩變化率的3到5倍，甚至在間距為28.2m時超過了中支座處的負彎矩值，這在工程實際中是不合理的，因為邊支座的位置比較靠近預應力錨固端，預應力的線形約束比較大，很難滿足該處的應力要求.且邊支座處剪力先減后增，存在最小值，中支座剪力一直在減小，且由于中支座與邊支座型號相同，應該控制兩者剪力值不要相差太多，剪力值也不應太大.綜合考慮上述兩表的數(shù)據，可以選出比較合理的支座布置形式，即中支座間距為10m，邊支座間距為30.2m.

2 結論

根據對以上兩個算例的分析，筆者初步總結出橫梁支座形式的選取方法，如下:

(1)對于寬度在25m及25m以下的箱梁，一般采用2支座布置形式，支座間距一般選取在剪力較小的位置，且支座間不出現(xiàn)正彎矩，或者出現(xiàn)很小正彎矩.

(2)對于寬度較大的箱梁，比如寬度在35m以上的箱梁，一般采用4支座布置形式，中支座間距一般選在中支座負彎矩及剪力值都相對較小，且中支座間正彎矩值適中的位置，而邊支座間距則選在邊支座處剪力值與中支座比較接近，且邊支座負彎矩值適中的位置.

(3)在城市高架中，由于道路通行限制，導致支座能擺放的位置比較局限時，仍然應該按上述方法在可擺放范圍內找出最優(yōu)的支座布置形式.

以上是通過上述兩個算例的分析得出的結論，由于計算的算例較少，此結果還需要大量的計算工作去進行補充及修改，比如對于25m到35m寬的箱梁支座布置形式的選取方法，應該比較靈活，兩支座與四支座應該均能滿足設計要求，但是具體該如何選取應該具體工程具體對待.

[1]范立礎.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社，2003.

[2]范立礎，預應力混凝土連續(xù)梁橋[M].北京:人民佳通出版社，2003.

[3]項海帆，高等橋梁結構理論[M].北京:人民交通出版社2001.4.