预应力混凝土连续曲梁桥支座预偏心设置研究

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1、１５８中外公路第３４卷第４期２０１４年８月文章编号：１６７１－２５７９（２０１４）０４－０１５８－０４预应力混凝土连续曲梁桥支座预偏心设置研究方诗圣，周广腾，方飞，张振（合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽合肥２３０００９）摘要：合理的支座预偏心设置可有效改善曲线梁桥扭矩分布，然而若取值不当，则容易引发支座脱空、梁体翻转等病害。该文以联长为５×２５ｍ的某五跨连续曲梁桥为例，采用通用有限元软件Ａｎｓｙｓ建立板壳单元模型对箱梁进行有限元计算，探讨了不同活载分布状况下支座预偏心对改善箱梁结构扭矩和支座反力的作用，提出了跨径２５ｍ独柱支承的单箱双室小半径曲线梁桥在不同曲率

2、半径下合理预偏心的近似计算公式。关键词：曲线梁；预偏心；有限元；支座反力受地形、地物和占地面积的影响，曲线梁桥在城市道路及高速公路立交中应用非常普遍。由于曲线的存在，曲线桥存在显著的弯扭耦合现象，过大的扭矩给曲线梁桥的上部结构和支座设计带来困难，并容易导致曲线梁桥整体扭转、变形、支座脱空等问题。已有研究表明：支座径向预偏移对改善曲线桥端部内、外侧支座反力分配的作用明显，并可改善全桥扭矩分布，然而支座预偏心也不可设置过大，否则中间的梁体将向内侧扭转。在支座偏心设计方面，孙广华教授曾编制了点铰支承预偏心距的试算算法程序，邵容光等也对点铰支座偏心值的求解进行了探讨，所采用的

3、方法实质上也是试算。在实际工程运用中，一般工程师多习惯用设计软件进行桥梁设计，凭借经验或类比确定试算初始值，此种依据经验试算的方法盲目性较大，试算效率也有待提高。该文以联长为５×２５ｍ的某五跨连续曲梁桥为例，分析不同车道布置情况下单支点支座的预偏心对曲线梁扭矩分布以及支座反力的影响，并在有限元计算的基础上提出跨径２５ｍ独柱支承的单箱双室小半径曲线梁桥在不同曲率半径下合理预偏心的近似计算公式。１工程背景某三联曲线梁桥，曲率半径为１９５ｍ，其中第三联的上部结构采用预应力混凝土现浇连续箱梁，跨径５×２５ｍ。上部结构采用单箱双室结构；下部两端采用双柱式桥墩，设径向抗扭支承，

4、中间采用独柱墩，设置单支座。主梁采用Ｃ５０混凝土，预应力采用１５．２４ｍｍ预应力钢绞线，强度标准值ｆｐｔｋ＝１８６０ＭＰａ，张拉力为１３９５ＭＰａ。设计荷载等级为公路－Ⅰ级。大桥平面图见图１，主梁采用单箱双室截面，支座处和跨中截面如图２所示。60801530105图１匝道桥第三联平面图（单位：ｃｍ）2006502004040201530105(a)支座处200650200(b)跨中图２主梁截面（单位：ｃｍ）收稿日期：２０１３－０７－２６作者简介：方诗圣，男，博士，教授．Ｅ－ｍａｉｌ：ｆａｎｇｓｓ＠１２６．ｃｏｍ２０１４年第４期方诗圣，等：预应力混凝土连续曲梁桥支座预

5、偏心设置研究１５９２有限元模型1000支座反力差值/kN8006003000支座反力差值箱梁最大扭矩箱梁最大扭矩/（kN·m）25002000400采用大型通用有限元软件Ａｎｓｙｓ建立板壳单元2001500模型对第三联进行仿真模拟。采用Ｓｈｅｌｌ６３壳单元模01000拟箱梁顶板、底板和腹板，Ｌｉｎｋ１０杆单元模拟预应力-200500筋。计算中考虑自重、二期恒载、预应力及活荷载作用，并按承载能力极限状态进行荷载组合。箱梁两端-400-202406810121416182022设置双支座，中间采用单支座。３不同活载分布状况下预偏心对改善结构扭矩和支座反力的作用在

6、单支点支承的连续曲梁桥中，由于单支座无法抵抗和传递扭矩，只能靠抗扭支座抵抗扭矩，因此抗扭支座附近扭矩最大。若通过设置预偏心使单支点支座向曲线外侧偏离，中间支座的竖向反力将使曲梁产生30002800支座反力差值/kN26002400220020001800160014001200箱梁最大扭矩/（kN·m）支座反力差值3400箱梁最大扭矩3200300028002600240022002000180016001000支座预偏心/cm（a）恒载+预应力+居中布置的活载扭矩，扭矩作用方向与支座无偏心时边跨扭矩相反，扭-20246810121416182022矩值叠加使

7、抗扭支座截面的扭矩值减小；从梁端内外侧支座反力考虑，当在曲线梁单支点支承处设置一个预偏心值时，由于减小了恒载产生的梁体内扭矩，因此支座预偏心/cm（b）恒载+预应力+偏外侧布置的活载支座反力差值箱梁最大扭矩03000箱梁最大扭矩/（kN·m）-200可使抗扭支座处内外侧支座的支反力趋于平衡。由此，对独柱式曲线梁桥的预偏心的设置一般存在两种观点：一种是平衡曲线梁桥的扭矩，改善曲线梁桥内力分布；另一种是为了减少乃至消除端横梁处的扭矩，使端部内外侧支座的竖向支反力大致相当，防止支座脱空。考虑不同观点而设置的合理预偏心取值是不同的。该文采用有限元方法模拟计