斜交簡支小箱梁受力分析

田志淵

摘要：隨著斜交角度和寬跨比的增大，斜交橋在反力、內(nèi)力及變形等方面的表現(xiàn)與正交橋相比差異越來越明顯，本文通過某三跨斜交45度簡支梁橋，詳細(xì)描述斜交橋梁的受力特點(diǎn)及橫梁對這些差異的影響。

關(guān)鍵詞：彎扭耦合;反力;變形;橫梁

隨著交通的發(fā)展，橋梁建設(shè)也迅猛發(fā)展，高等級(jí)公路上的中、小型橋梁為了服從線路的總走向，工程中往往設(shè)計(jì)成斜交的。相對于正交橋梁，隨著斜交角度的增加，斜交橋梁的受力特點(diǎn)也就表現(xiàn)的越來越明顯。

某三跨21+30+21m簡支梁斜交橋，橋?qū)?4m，斜交角度45度，中跨30m梁采用預(yù)制小箱梁，橋面寬度34m，通過單梁與整體梁格分析比較，斜交橋當(dāng)寬跨比及斜交角度較大時(shí)，反力、彎矩及變形都明顯區(qū)別于正交橋梁，以下將具體論述斜交橋在以上幾個(gè)方面的受力特點(diǎn)。

斜交橋橫梁的剛度對主梁的受力影響很大，為方便施工，本橋橫梁與支撐平行，共設(shè)兩道端橫梁，三道中橫梁，本文采用兩種橫梁剛度比較計(jì)算，橫梁厚度分別為0.35和0.5m。

圖1? 橋型布置立面圖

圖2? 橋型布置平面圖

圖3? 橫斷面布置圖

本工程斜交角45度，且寬跨比B/L=1.13，斜交梁特點(diǎn)鮮明，現(xiàn)從反力、內(nèi)力、位移等方面分析不同橫梁剛度作用下斜交主梁的受力特點(diǎn)。

本橋施工過程為，1、吊裝預(yù)制小箱梁。2、連接橫向濕接縫。3、現(xiàn)澆后澆帶及二期鋪裝。

一、支座反力

運(yùn)用剪力柔性梁格法理論，采用有限元計(jì)算軟件Midas/Civil建立梁格模型，研究不同橫梁剛度作用下斜交45度對邊支座和中支座支撐反力的影響。

考慮到活載分布位置對邊梁反力影響較大，本文僅考慮恒載作用下斜交梁的受力特點(diǎn)。

圖4? 0.35m橫梁時(shí)支座反力

圖5? 0.5m橫梁時(shí)支座反力

表一? 單位（KN）

反力

斜交-橫梁0.35m

斜交-橫梁0.5m

平均反力

1153

1153

最大反力

1646

1691

計(jì)算結(jié)果表明，簡支斜交橋反力具有明顯的連續(xù)梁特征，鈍角處反力遠(yuǎn)大于銳角反力，且橫梁剛度對支座反力有影響，橫梁剛度越大，支座反力越不均勻，采用0.35m橫梁時(shí)，最大反力/平均反力=1.43，采用0.5m橫梁時(shí)，最大反力/平均反力=1.47。

二、邊梁內(nèi)力

按照本工程的施工順序，二期荷載荷載作用前，斜交體系已經(jīng)完成，因此二期荷載作用下的梁體彎矩能體現(xiàn)斜交梁的受力特點(diǎn)?，F(xiàn)建立斜交及正交三個(gè)模型比較二期荷載作用下主梁內(nèi)力。

以下為二期荷載作用下各個(gè)體系下邊梁的內(nèi)力。

圖6? 0.35m橫梁時(shí)內(nèi)力

圖7? 0.35m橫梁時(shí)內(nèi)力

圖8? 正交梁內(nèi)力

表二：單位（KN*m）

最大內(nèi)力

斜交-0.35m

斜交-0.5m

正交梁計(jì)算

彎矩

1367

1354

1586

結(jié)果表明：1、斜交梁內(nèi)力小于正交邊梁內(nèi)力。

2、斜交梁最大正彎矩不在跨中，而是偏向負(fù)彎矩。

3、橫梁處彎矩有突變，且梁端橫梁處為負(fù)彎矩。

4、橫梁剛度不同時(shí)，斜交邊梁內(nèi)力也不同，剛度越大，正彎矩越小，負(fù)彎矩越大。

三、梁體變形

梁體在自重、整體升降溫等荷載作用下，會(huì)發(fā)生縱向變形，正交梁約束端水平位移相同，斜交梁因橫梁主梁變形方向不同，會(huì)同時(shí)發(fā)生縱向和橫向變形，且銳角和鈍角處變形量不同。

圖9? 恒載作用下梁體的縱向位移

圖10? 整體升溫作用下梁體的縱向位移

從計(jì)算結(jié)果可以看出，斜交梁在荷載作用下，變形有如下幾個(gè)特點(diǎn)：

1、恒載作用下梁體銳角處變形大于鈍角處變形，端橫梁發(fā)生扭轉(zhuǎn)。

2、溫度荷載作用下梁體變形為非線性，銳角變形大于鈍角變形，橫梁發(fā)生扭轉(zhuǎn)。

結(jié)論：通過以上比較，可以得出由于斜交橫梁的影響，斜交梁的受力存在以下幾個(gè)特點(diǎn)，1、斜交梁梁端反力不均勻，負(fù)彎矩處反力最大，約為平均值的1/cos（φ），φ為斜交角度。且橫梁剛度越大，負(fù)彎矩處反力越大。2、由于彎扭耦合的影響，斜交梁主梁受力明顯減小，且隨著橫梁剛度的增大，主梁內(nèi)力越小，這是因?yàn)殡S著橫梁剛度增大，梁的扭矩也增大，主梁向下變形減小。3、梁體變形時(shí)梁端橫梁存在扭轉(zhuǎn)，銳角處變形大，鈍角處變形小。

基于以上受力特點(diǎn)，斜交梁設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮到斜交因素，特別是斜交角大，寬跨比大的橋梁。1、支座反力應(yīng)建整體梁格模型考慮，銳角處支座扭轉(zhuǎn)大，應(yīng)采用較高支座。2、橫梁尺寸的選擇應(yīng)綜合考慮主梁受力合理選擇界面尺寸，橫梁剛度越大，活載分配越平均，斜交梁特點(diǎn)越突出。3、因存在端橫梁扭轉(zhuǎn)，伸縮縫的寬度應(yīng)比一般正交梁大。4、由于扭矩存在，主梁與后澆帶混凝土之間的連接應(yīng)加強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]高等學(xué)校教材《橋梁工程》 人民交通出版社。

[2]《橋梁結(jié)構(gòu)空間分析設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用》人民交通出版社。