小曲線連續(xù)剛構(gòu)橋受力分析

滑 倩

（中鐵上海設(shè)計院集團合肥有限公司,安徽 合肥 230000）

0 引言

隨著我國交通事業(yè)快速發(fā)展，城市交通四通八達，曲線橋梁得到了廣泛應(yīng)用，并已成為鐵路、公路、城市立交、高架橋梁中重要的結(jié)構(gòu)形式。分析曲線橋梁的受力特征，橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)有利于抵抗彎矩、剪力、扭矩，更好地適應(yīng)平面位移和轉(zhuǎn)動。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)剛度大，整體性好、抗震性能好、具有較大抗扭潛力。連續(xù)剛構(gòu)橋主梁連續(xù)并與橋墩固結(jié)，連續(xù)梁橋行車順暢，剛構(gòu)不需要轉(zhuǎn)換體系，在曲線橋梁設(shè)計中得到了廣泛的應(yīng)用。

1 項目背景

新建合肥派河港鐵路物流基地位于安徽省合肥市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)內(nèi)。該工程接軌點處既有軌面高程為21.76 m，線路自廠內(nèi)站西端接軌后，順接既有坡度，保持既有3‰的上坡走行325 m跨越蓬萊路和紫石路，于K8+900處變坡3.5‰的下坡跨越云谷路，再以4.0‰的下坡跨越規(guī)劃路，后以1.0‰的下坡東行420 m，軌面標(biāo)高為17.82 m，以平坡進入派河站，線路全長3.487 km。

云谷路為城市主干道，雙向六車道，道路紅線寬度為60 m。設(shè)計采用鋼筋混凝土斜交連續(xù)剛構(gòu)橋跨越，起終點里程為K9+354.9～K9+456.1，曲線半徑R=500 m，橋跨布置為（26+33+26）m，橋墩與既有道路斜交36°，橋梁全長為101.2 m，橋型布置圖見圖1。

圖1 橋型布置圖（單位：cm）

梁體截面為單箱單室、等寬度的箱型截面，跨中截面處梁高2.0 m，墩梁固結(jié)處梁高3.0 m；墩身為混凝土實體墩，墩厚為1.5 m，墩頂局部加厚至2.0 m，墩梁固結(jié)。梁部采用貝雷梁膺架法現(xiàn)澆施工。

2 設(shè)計荷載

根據(jù)《鐵路橋涵設(shè)計規(guī)范》（TB10002—2017）[1]，綜合考慮恒載、活載、附加力。恒載主要包括結(jié)構(gòu)自重、附屬設(shè)備自重、基礎(chǔ)不均勻沉降等；活載主要包括列車ZKH活載、橫向搖擺力、曲線橋離心力；附加力主要包括溫度變化影響力、制動力、牽引力。

根據(jù)《鐵路橋涵設(shè)計規(guī)范》[1]（TB10002—2017）第4.4.1條進行荷載組合，分為主力組合、主+附組合、主+特組合。

3 有限元模型分析

該項目采用有限元分析軟件建立模型[2]，計算恒載、收縮徐變、體系溫度、局部溫差、支座不均勻沉降、活載等荷載，得出支反力及內(nèi)力、變形等。收縮徐變按3 650天計算。

主梁按預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件[3]設(shè)計，各指標(biāo)檢算采用“Civil Designer”檢算程序。

3.1 模型建立

連續(xù)剛構(gòu)橋采用邁達斯縱向計算，承臺底部輸入基礎(chǔ)底剛度，剛度計算采用B89樁基模擬。詳見圖2與圖3。

圖2 單元劃分圖

圖3 全橋空間計算模型

3.2 內(nèi)力分析

利用有限元軟件進行分析計算，提取不同荷載組合下的計算結(jié)果：①主力組合；②主+附組合；③主+特組合。

3.2.1 主力作用下計算結(jié)果

通過有限元軟件計算得出連續(xù)剛構(gòu)橋在主力作用下的內(nèi)力圖，詳見圖4～6。

圖4 主力作用下彎矩圖

3.2.2 主力+附加力作用下計算結(jié)果

通過有限元軟件計算得出連續(xù)剛構(gòu)橋在主加附作用下的內(nèi)力圖詳見圖7～9。

圖7 主加附作用下彎矩圖

3.3 不同曲率半徑受力性能分析對比

在云谷路受力性能計算基礎(chǔ)上，保持橋梁跨度、橋墩墩高、預(yù)應(yīng)力鋼筋配置等不變情況下，改變橋梁的曲率半徑建立模型。采用Midas Civil 2021軟件分別建立直線、曲率半徑R=1 000 m的空間有限元模型。

提取不同工況條件下主梁內(nèi)力進行分析對比，詳見表1。

根據(jù)表1內(nèi)力對比分析得出[4-5]：

表1 主梁內(nèi)力分析對比表 /（kN·m）

（1）隨著曲線曲率半徑減小，主梁墩頂周圍彎矩隨之減小，但減小幅度較小，設(shè)計時認為曲率半徑對主梁彎矩的影響可忽略不計。

圖5 主力作用下扭矩圖

圖6 主力作用下剪力圖

圖8 主加附作用下扭矩圖

圖9 主加附作用下剪力圖

（2）隨著曲線曲率半徑減小，主梁墩頂周圍扭矩隨之增大且增幅較大，故設(shè)計時曲率半徑對主梁扭矩的影響不可忽略。

4 結(jié)論與建議

隨著城市交通的高速發(fā)展，為減少征拆，提高土地使用率，曲線梁橋得到了廣泛應(yīng)用，已成為城市交通橋梁設(shè)計中的首選。該文從工程實際出發(fā)，對曲線連續(xù)剛構(gòu)橋受力進行了分析。

相比直線梁橋、大曲線半徑梁橋，云谷路連續(xù)剛構(gòu)主梁彎矩變化不大，但扭矩明顯增大，故在工程設(shè)計中應(yīng)充分考慮曲率半徑對扭矩的影響。