劉長虹

(保定市交通局公路勘測設(shè)計院)

曲線剛構(gòu)橋通車后活荷載作用下曲率半徑對內(nèi)力的影響分析

劉長虹

(保定市交通局公路勘測設(shè)計院)

以某曲線連續(xù)剛構(gòu)彎橋為工程背景，通過有限元程序MIDAS建立了完整的分析模型。通過有限元程序改變活荷載的大小，分析曲梁內(nèi)力的變化情況，比較分析了不同荷載下曲線剛構(gòu)橋的內(nèi)力變化，得出了一些有益的結(jié)論。

連續(xù)剛構(gòu)彎橋;內(nèi)力變化;活載;有限元

隨著山區(qū)公路的快速發(fā)展，大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土曲線剛構(gòu)橋以其能很好地適應(yīng)地形、地貌的限制，使道路更加平順、等獨特優(yōu)勢在近年來得到了迅速發(fā)展。但是大跨、曲線等因素的影響，增加了結(jié)構(gòu)分析的難度，同時也增加了橋梁結(jié)構(gòu)施工過程中的風(fēng)險，本文對比分析了在施工階段不同曲線半徑剛構(gòu)橋在活載作用下的梁體的內(nèi)力的變化。

1 工程概況

曲線剛構(gòu)橋跨徑為75.25 m+140 m+75.25 m，橋梁中線并非直線而是在半徑為3 500 m的圓上。橋梁采用變截面單箱單室箱型梁結(jié)構(gòu)，根據(jù)剛構(gòu)橋的受力特點箱梁最高處位于墩頂為8.8 m高，最矮處箱梁僅為1.8 m高，位于剛構(gòu)橋的跨中部位，中間采用二次拋物線擬合以確定橋梁箱梁的高度。

為了分析其受力情況，采用目前較為流行的橋梁計算軟件MIDAS CIVIL進行有限元建模。

MIDAS CIVIL能較好地模擬橋梁各個情況下的受力狀態(tài)，使用界面比較友好，在各個設(shè)計單位及各大專院校比較受歡迎。

為了較好地分析其受力狀態(tài)，用MIDSA建模時有意采用了“魚骨型”模型，即每個梁單元采用3個節(jié)點，中間節(jié)點為箱梁單元的中心線，每個翼緣板端部一個節(jié)點，即為魚骨單元。

整個剛構(gòu)橋上部結(jié)構(gòu)由136個魚骨型箱梁單元組成。

2 橋梁模型活荷載的取值

本曲線剛構(gòu)橋位于高速公路上，其取值根據(jù)橋梁設(shè)計相關(guān)規(guī)范即可。

后面分析橋梁活荷載作用下曲率半徑對曲線剛構(gòu)橋內(nèi)力的分析中，活載均按照規(guī)范采用公路-I級。

3 活載作用下曲率半徑對彎梁內(nèi)力的影響計算結(jié)果及分析

現(xiàn)在以該曲線剛構(gòu)橋為例，將公路-I級車道荷載加進通車后的橋梁有限元模型上，從有限元模型中提取相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)過整理后結(jié)果如下。

圖1 曲線連續(xù)剛構(gòu)橋車道加載圖示

表1 橋梁通車后活載作用下彎矩比較表kN·m

圖2 成橋狀態(tài)活載作用不同曲率半徑下彎矩比較圖

分析表1圖2可知，隨著橋梁曲率半徑的減小，彎矩有少量的變化，且不難發(fā)現(xiàn)，彎矩隨著彎曲半徑的加大而變大。

成橋狀態(tài)活載作用下，由于偏載的影響，即使是直橋，也會產(chǎn)生相當(dāng)?shù)呐ぞ亍．?dāng)橋梁為曲線橋時，活載作用下，扭矩會增加，如表2、圖3所示。

從圖3可以看出，市政曲線橋設(shè)計必須考慮橋梁的直、曲狀態(tài)，因為曲線橋梁的扭矩與橋梁的曲率半徑聯(lián)系十分緊密。

表2 成橋狀態(tài)活載作用下扭矩值 kN·m

圖3 成橋狀態(tài)活載作用不同曲率半徑下扭矩比較圖

表3 成橋狀態(tài)活載作用下剪力值 kN

由表3圖4可以看出，活載作用下，曲率半徑對橋梁的剪力影響很小。

圖4 成橋狀態(tài)活載作用不同曲率半徑下剪力比較圖

4 結(jié)論

成橋狀態(tài)活載作用下曲率半徑對曲線剛構(gòu)的縱向彎矩影及剪力響很小，可以忽略不計，但扭矩和撓度對曲率比較敏感。曲率半徑越小，活載作用下的撓度值越大。

5 結(jié)束語

曲線剛構(gòu)橋既有普通剛構(gòu)橋的特點，省去了支座的安裝工藝，也有普通連續(xù)梁橋的特點，車輛在橋面行駛順暢且舒適，極大地改善了交通狀況，而且由于其結(jié)構(gòu)線條平順、流暢、明快，給人以美的享受并且能較好地配合整體線形要求進行設(shè)計，日益得到廣泛的重視和應(yīng)用，所以對該種結(jié)構(gòu)的受力及變形特特點作詳盡的分析是十分必要的也是勢在必行的。

［1］邵容光，夏淦.混凝土彎梁橋［M］.人民交通出版社，1994.

［2］袁國干.配筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理［M］.上海:同濟大學(xué)出版社，1990.

U442

C

1008-3383(2012)02-0058-01

2011-11-29

劉長虹(1967-)，男，河北順平人，工程師，主要從事公路及橋梁工程勘察設(shè)計工作。