連續(xù)折線形斜梁橋的受力計算分析

黃筱淇,李達宏（南昌市城市規(guī)劃設(shè)計研究總院，南昌 330038）

連續(xù)折線形斜梁橋的受力計算分析

黃筱淇,李達宏
（南昌市城市規(guī)劃設(shè)計研究總院，南昌 330038）

對折線形斜梁橋的受力特性進行了研究，以景觀人行天橋為工程背景，簡要介紹了景觀人行天橋的工程設(shè)計，利用M idasCivil有限元軟件對主梁進行建模計算，對支座支反力和主梁彎矩進行了對比分析，為今后類似工程相關(guān)設(shè)計提供參考。

連續(xù)折線形斜梁橋；支座設(shè)置；支反力；人行天橋

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.11.019

1　引言

斜梁橋的受力特性與正交梁橋的受力特性存在較大區(qū)別，由于斜向支承的存在導(dǎo)致彎曲和扭轉(zhuǎn)的組合，導(dǎo)致主梁空間受力明顯[1,2]。目前，現(xiàn)有文獻對連續(xù)直線斜梁橋和簡支斜梁橋得到較多的研究成果[3～5]，但對連續(xù)折線形斜梁橋研究甚少，連續(xù)折線形斜梁橋受力特性不同于連續(xù)直線斜梁橋，因此，很有必要對連續(xù)折線形斜梁橋受力特性進行深入研究分析和討論。

本文結(jié)合景觀人行天橋設(shè)計，對比研究恒載、集中荷載、系統(tǒng)溫度和梯度溫度作用下折線斜梁的受力特性，對該類橋支座布置進行一定探討和分析，給出相關(guān)支座布置的設(shè)計思路。

2　工程概況

艾溪湖四路人行天橋位于昌東大道和艾溪湖四路交叉口南側(cè)，上跨昌東大道，橋梁按斜跨總長為141.141m，人行天橋分為下部結(jié)構(gòu)、折線形主梁結(jié)構(gòu)、梯道梁和上部裝飾結(jié)構(gòu)，效果圖如圖1所示。

圖1　艾溪湖四路人行天橋效果圖

天橋主梁采用單箱單室，中間共6跨，兩端懸臂，按跨徑長分布：3m（懸臂）+20.322m+21.712m+24.517m+23.266m+25.298m+20.026m+3m（懸臂）=141.141m，每跨斜角和橋面寬度都不一樣，具體參數(shù)見表1。箱梁跨中腹板寬0.5m，支點腹板寬0.6m，翼緣板懸臂長度0.5m。主梁支座采用雙支座，支座中心間距2m，橋墩支撐軸線方向相互平行，主梁平面如圖2所示。

橋墩共7個，編號為0#~6#橋墩。考慮主梁、支座和橋墩受力，將1#~5#橋墩分別朝鈍角方向偏移0.8m，墩頂支座相對主梁軸線偏心0.8m；3#墩頂設(shè)置一個固定支座和一個單向支座，單向支座滑移方向與主梁支承軸線方向一致；2#和4#墩頂分別設(shè)置一個單向支座和一個雙向支座，支座主滑移方向與主梁軸線一致；其余墩頂均設(shè)置雙向支座。為滿足墩頂支座布置要求，將箱梁底板加寬，墩頂主梁橫梁位置處將邊角削平。

3　計算模型

本文采用2個桿系模型來進行對比研究折線形斜梁橋的空間受力特性，如圖3、圖4所示。模型一為支座按常規(guī)方式設(shè)置模型，每個墩頂設(shè)置一個單向支座和一個雙向支座，支座主滑移方向與支承軸線垂直，支座不偏心設(shè)置。模型二為實際設(shè)計支座布置模型。

4　計算結(jié)果分析

在同樣的支座布置形式下，折線形斜梁橋受力特性不同于直線形斜梁橋。在溫度作用下，折線形主梁沿軸線方向自由伸縮，在橋墩支座位置產(chǎn)生豎向和水平位移分量，豎向位移分量受到單向支座的約束，導(dǎo)致支座產(chǎn)生水平反力，主梁產(chǎn)生橫向彎矩，對主梁、支座和橋墩造成不利受力影響；在均布和集中荷載作用下，主梁的鈍角位置為2個鈍角疊加，支反力更為集中，銳角位置為銳角疊加，支反力更小，導(dǎo)致支座容易脫空；上述2種情況必須通過調(diào)整支座的位置和布置形式進行改善。

表1　橋梁參數(shù)表

圖2　主梁平面布置圖

圖3　模型一：常規(guī)支座布置網(wǎng)格圖

圖4　模型二：實際設(shè)計支座布置網(wǎng)格

表2　荷載作用下支座反力表kN

如表2所示，在恒載和集中荷載（上部裝飾荷載）作用下，模型一1#~5#橋墩銳角位置支反力為負(fù)值，鈍角位置支反力過大，可知主梁支座存在嚴(yán)重脫空現(xiàn)象；在溫度作用下，模型一主梁承受很大的水平反力，每個墩頂?shù)乃椒戳y形成的力偶和3#墩頂水平反力Fx形成的力偶相互平衡；墩頂支座承受正負(fù)相反的豎向反力，其中在系統(tǒng)溫度下，支座豎向正負(fù)反力大小相同，形成一個力偶，正好約束主梁的軸向扭轉(zhuǎn)，主梁內(nèi)不存在扭矩。模型二通過調(diào)整支座偏心、釋放支座約束和調(diào)整支座布置，很好地改善了恒載和集中荷載作用下的支座反力，解決了支座脫空現(xiàn)象，消除溫度作用下支座水平反力。

由于篇幅有限，只提取出溫度作用引起的橫向彎矩和恒載引起的豎向彎矩進行討論。如圖5、圖6所示，溫度作用下，模型一主梁內(nèi)產(chǎn)生較大的橫向彎矩，其中支點位置處橫向彎矩絕對值最大且大小基本相同，中跨和次中跨跨中橫向彎矩基本為零，可知溫度作用下主梁伸縮變形引起的橫向彎矩與支座水平錯位變形引起的彎矩形式相同；模型二主梁橫向彎矩基本為零，模型二支座布置可以很好地消除溫度作用引起地橫向彎矩。對比圖5和圖7可以發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)溫度作用下導(dǎo)致的主梁橫向彎矩基本與恒載作用下導(dǎo)致的主梁豎向彎矩大小相同，對主梁受力非常不利，設(shè)計中必須消除。

圖5　梯度溫度作用下模型橫向彎矩Mz圖

圖6　梯度升溫作用下模型橫向彎矩Mz圖

圖7　恒載作用下模型豎向彎矩My圖

綜上可知，對于常規(guī)支座設(shè)置的折線斜梁橋，在恒載和集中荷載作用下，主梁支座鈍角位置支反力過大，銳角位置支反力過小，導(dǎo)致支座脫空；在溫度作用下，主梁自由伸縮受到支座的約束，導(dǎo)致支座承受較大水平反力和正負(fù)豎向反力，使主梁產(chǎn)生較大的橫向彎矩，這些都必須在設(shè)計中注意。這些不利受力因素可以通過調(diào)正支座偏心、釋放支座約束和調(diào)整支座布置予以消除。

5　結(jié)語

本文以景觀人行天橋為工程背景，簡要介紹了工程設(shè)計，通過對比模型分析得出如下結(jié)論：

1）在溫度作用下，支座常規(guī)設(shè)置的折線斜梁橋每個墩頂水平反力Fy形成的力偶和中間橋墩水平反力Fx形成力偶相互平衡，墩頂支座承受正負(fù)豎向反力，其中系統(tǒng)溫度下，墩頂支座豎向反力形成力偶，主梁內(nèi)不存在扭矩。

2）對于支座常規(guī)設(shè)置的折線斜梁橋，在均布荷載和集中荷載作用下，主梁鈍角位置支反力過大，銳角位置支座反力過小，中間橋墩支座存在脫空現(xiàn)象；在溫度荷載作用下，支座承受較大水平反力，主梁承受較大橫向彎矩，其中系統(tǒng)溫度作用下，橫向彎矩和恒載引起的豎向彎矩大小基本相同，對支座、主梁和橋墩受力產(chǎn)生不利影響。本文通過調(diào)正支座偏心、釋放支座約束和調(diào)正支座布置改善支座和主梁受力。

3）與直線斜梁橋相比，斜梁橋空間受力更為明顯，鈍角位置處2個鈍角支反力疊加，銳角位置處2個銳角支反力疊加，使得鈍角位置支反力更大，銳角位置支反力更小，支座更容易脫空；在溫度荷載作用下，斜梁橋支座設(shè)置不當(dāng)，支座承受較大的水平分力，導(dǎo)致主梁和橋墩承受較大橫向彎矩，工程設(shè)計中必須予以注意。

【1】孫江勝.多梁式連續(xù)斜梁橋靜力特性分析[J].橋梁建設(shè),2007(5): 42-45.

【2】劉正旭，張永健，康晉.連續(xù)斜梁橋結(jié)構(gòu)特性研究[J].湘潭大學(xué)自然學(xué)報，2010(3)：42-44

【3】鄭雄飛，吳慶雄.多梁式斜梁橋的廣義梁格法[J].福州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，1998(8):86-89.

【4】夏淦,等.截面梯形斜交簡支梁的反力特性和計算方法[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報，1999(9):71-78.

【5】《橋梁設(shè)計常用數(shù)據(jù)手冊》編寫委員會.橋梁設(shè)計常用數(shù)據(jù)手冊[K].北京:人民交通出版社，2005.

TheAnalysis of Mechanical Calculation for ContinuousZigzagSkew Bridge

HUANG Xiao-qi,LI Da-hong
(NanchangUrbanPlanningandDesign Institute,Nanchang 330038,China)

In order to study the force characteristic of zigzag skew bridge,the paper,using landscape footbridge as engineering background,briefly introduced the landscape footbridgeengineeringdesignandusedM idasCivil finiteelementsoftware forthemain beam modeling calculations which had compared analyzed the bearings support reaction force and main beam moment to provide a referenceforfuturesim ilarprojectsrelated todesign.

continuouszigzagskew bridge;bearingsetting;supportreactions;footbridge

U448.21

A

1007-9467（2016）11-0072-03

黃筱淇（1990～），男，湖南懷化人，助理工程師，從事橋梁設(shè)計與研究。

2016-5-01