小半徑彎梁支座布置及結(jié)構(gòu)分析

馬繼成

內(nèi)蒙古交通設(shè)計研究院有限責任公司

小半徑彎梁支座布置及結(jié)構(gòu)分析

馬繼成

內(nèi)蒙古交通設(shè)計研究院有限責任公司

小半徑彎梁是當前城市交通中應(yīng)用較多的一種橋梁結(jié)構(gòu)，屬于典型的曲線橋梁。在對小半徑彎梁結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的時候，不僅需要考慮彎矩及剪力影響，還需要分析扭矩對橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，以此來增強橋梁的抗傾覆能力。文章對小半徑彎梁的基本受力情況進行了詳細分析，指出了支座布置原則及要點，通過構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型并計算，得到最為科學、可行的小半徑彎梁支座布置方案及結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。

小半徑彎梁；受力特性；支座布置；結(jié)構(gòu)分析

基于城市交通運輸需求的不斷提高，市政道路橋梁已經(jīng)難以滿足實際需求，其結(jié)構(gòu)形式在不斷改進、創(chuàng)新，同時結(jié)構(gòu)組成也變得更加復雜，匝道橋梁和曲線橋梁變得越來越常見，以小半徑彎梁在城市立交中的應(yīng)用最為廣泛。相較于普通形態(tài)的橋梁結(jié)構(gòu)，小半徑彎梁受到彎矩、扭矩、剪力等多種載荷作用，在運行使用過程中，經(jīng)常出現(xiàn)支座移位、支座剪切變形等問題，降低了小半徑彎梁的整體承載能力，不利于保證橋梁的穩(wěn)定性及安全性。所以，加大對小半徑彎梁支座布置及結(jié)構(gòu)的分析研究力度，是非常重要且必要的。

1.小半徑彎梁基本受力情況

小半徑彎梁屬于曲線橋梁，從力學角度對小半徑彎梁結(jié)構(gòu)進行分析時，主要是從其曲率方面考慮的。無論小半徑彎梁處于固定載荷狀態(tài)還是變化載荷狀態(tài)，其結(jié)構(gòu)受力情況都與彎矩和扭矩有著之間關(guān)系，并且這種影響會隨著向心力大小的變化而發(fā)生改變。首先，小半徑彎梁受彎矩和扭矩的聯(lián)合作用影響。當小半徑彎梁在垂直于橫截面的方向上出現(xiàn)彎曲時，會因為曲率作用而發(fā)生扭轉(zhuǎn)，引起橋梁結(jié)構(gòu)的變形。并且，當小半徑彎梁承受載荷時，彎矩和扭矩的聯(lián)合作用影響會更加明顯。其次，小半徑彎梁在扭矩作用下，橋梁內(nèi)側(cè)與外側(cè)荷載分布不均衡，兩邊支座的反向作用力數(shù)值不相等，常常橋梁內(nèi)側(cè)負反力的影響而出現(xiàn)支座脫空現(xiàn)象，難以發(fā)揮支座在橋梁整體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)作用?？偟膩碚f，小半徑彎梁的受力情況是比較復雜的，這些都是在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和布置支座時需要考慮并解決的問題。

2.小半徑彎梁支座布置及結(jié)構(gòu)分析

為確保小半徑彎梁支座布置及結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學性與合理性，以某小半徑彎梁為研究對象，對此進行了詳細分析。已知該小半徑彎梁為組合式箱梁結(jié)構(gòu)，由三個跨徑組成，跨度均為22m。橋梁圓曲線半徑為48mm，橋面寬度和梁高分別為11m和1.5m，橋梁內(nèi)側(cè)和外側(cè)均設(shè)有一個支座，起到邊界支撐作用。

2.1 模型構(gòu)建

根據(jù)小半徑彎梁實際情況，依據(jù)各項參數(shù)，利用MIDAS軟件在計算機中構(gòu)建模型進行計算。

2.2 受力分析

小半徑彎梁所受荷載分為固定荷載和變化荷載兩部分，在對橋梁結(jié)構(gòu)進行受力分析時，需要進行綜合考慮。橋梁結(jié)構(gòu)所受固定載荷主要包括其自身重力、橋面及防撞墻荷載、基礎(chǔ)變位和收縮徐變等。小半徑彎梁結(jié)構(gòu)材料為混凝土，橋面材料為瀝青混凝土，兩者容重分別為26.25kN/m3和24kN/m3，并將兩者的偏載影響考慮在內(nèi)，防撞墻材料為鋼筋混凝土，每一側(cè)所受荷載為15kN/m。在對小半徑彎梁基礎(chǔ)變位荷載進行計算時，是以0.01m作為瞬時不均勻沉降標準的，而橋梁的收縮徐變年限為10年。

在對小半徑彎梁結(jié)構(gòu)所受變化荷載進行分析時，主要影響因素包括汽車載荷、溫度載荷、汽車沖擊力等。在汽車荷載方面，該小半徑彎梁所在道路的公路等級為－I級，車輛行駛方向為單向，按2車道加載，車道荷載加載方向沿其橫向方向，車道超載系數(shù)為1.15。在對溫度荷載進行分析時，從當?shù)靥鞖鈿夂驅(qū)嶋H情況入手，橋梁建設(shè)完成時期，平均溫度為12—18℃，整體升溫25℃，整體降溫25℃，在選取日照溫差數(shù)值時，是以JTG D60-2012為標準。溫度梯度變化規(guī)律為：升溫T1=14℃、T2=5.5℃，降溫T1=—7℃、T2=—2.75℃。在對汽車沖擊力荷載進行計算時，依據(jù)特征值可以得到橋梁結(jié)構(gòu)基頻為6.9Hz。

2.3 支座設(shè)置

在設(shè)置小半徑彎梁支座時，為避免出現(xiàn)支座脫空現(xiàn)象，需要對梁兩側(cè)支座相反作用力進行適當調(diào)整，具體實現(xiàn)方式為對支座進行偏心設(shè)置。此次研究中一共對四種支座設(shè)置方式進行分析，兩種方案中支座間距為3.5m，一種方案設(shè)置偏心為0.3m，一種不設(shè)置偏心，另外兩種方案支座間距為4.0m，偏心設(shè)置與另外兩種方案相同。小半徑彎梁的最大和最小支反力均出現(xiàn)在使用階段，假定支座最小反力控制值為100kN，對四種形式的支座的設(shè)計方案進行計算、分析，可以得到支座具體反力情況。對四種支座塞布置方案的計算結(jié)果進行總結(jié)，可知，支座支反力會隨著支座間距的增大而改善，并且對支座進行偏心設(shè)置，也可以增大其支反力。

2.4 結(jié)構(gòu)計算

在對小半徑彎梁結(jié)構(gòu)進行計算時，主要是從扭矩作用對其造成的影響進行考慮的，同時還需要對橋梁結(jié)構(gòu)截面裂縫進行分析。在彎梁結(jié)構(gòu)中，分析扭矩作用時，是以支座位置處為研究對象的，經(jīng)計算得到最大扭矩和最小扭矩分別為6108.66KN.m和—6059.57KN. m，均小于規(guī)定的對應(yīng)截面抗力，滿足結(jié)構(gòu)抗扭設(shè)置要求。對彎梁結(jié)構(gòu)截面裂縫進行計算，可以得到主梁最寬裂縫，其中主梁上側(cè)的最寬裂縫出現(xiàn)在中間支點位置處，其寬度為0.126mm，主梁下側(cè)的最寬裂縫出現(xiàn)在38節(jié)點截面位置處，其寬度為0.20mm，均小于規(guī)定的小半徑彎梁結(jié)構(gòu)截面裂縫極限值，符合設(shè)計要求。

3.小半徑彎梁支座布置及結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

通過結(jié)合實例進行分析可知，在設(shè)計小半徑彎梁結(jié)構(gòu)時，是要遵循一定的基本原則的。首先，如果設(shè)計空間較大時，應(yīng)盡量增大彎梁曲線半徑，將半徑對彎梁結(jié)構(gòu)的荷載影響降到最低。其次，如果設(shè)計空間有限，彎梁曲線半徑較小時，為避免出現(xiàn)支座脫空現(xiàn)象，則需要通過增大支座間距及對支座進行偏心設(shè)置，來增大最小支反力，以此來增強彎梁抗傾覆能力。另外，小半徑彎梁最大扭矩出現(xiàn)在支座附近，為增強支座抗扭性能，可以設(shè)置隔擋板。

結(jié)束語：

城市道路橋梁建設(shè)空間的不斷減小，使得小半徑彎梁形式的橋梁越來越多，已經(jīng)成為城市市政道路橋梁建設(shè)必然發(fā)展趨勢。通過對小半徑彎梁支座布置及結(jié)構(gòu)進行分析、計算，可以得到最為科學、合理的支座布置形式，有效的解決了支座移位、支座剪切變形等問題，具有較高的借鑒應(yīng)用價值。

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