曲线梁桥支座反力分析.pdf

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浙江建筑，第27卷，第6期，2010年6月ZhejiangConstruction，Vo1．27，No．6，Jun．2010曲线梁桥支座反力分析AnalysisoftheEndReactionofCurvedBridge章建伟，谢丽民ZHANGJian—wei，XIELi—min(1．浙江远丰建设有限公司，浙江台州317500；2．台州市城乡规划设计研究院，浙江台州318000)摘要：曲线箱梁桥弯扭耦合的受力特点，使其容易出现支座脱空、梁体外移、翻转的问题。合理的支座布置形式可调节扭矩的分布，改善支座受力情况。以下结合工程实例，采用有限元法建立模型，分析不同支座布置方式下的支座反力分布问题，得出的结论可用于类似的匝道桥设计。关键词：支座布置；支座反力；有限元分析中图分类号：U448．17；U443．362文献标识码：B文章编号：1008—3707(2010)06—0016—03随着城市建设和公路交通运输的快速发展，城桥通常采用抗扭支撑和点铰支撑两种形式。抗市立交桥逐渐成为一个城市标志性的工程。立交桥扭支座能有效改善梁体的扭转变形；点铰式支座只受已有路线和周围环境的限制以及未来交通转向的是相应地减小了曲线梁桥的抗扭长度，只传递力，而需要，平面内往往为曲线形式。与直线桥相比，由于不能承担弯矩，通过设置一定的横向预偏心，达到人弯扭的耦合作用，曲线梁桥的受力要复杂很多。为地调整梁内扭矩分布的目的。近年来，频频出现曲线梁桥整体侧移、垮塌的事2计算实例故，究其原因，主要是由支座布置不合理以及其他方面的原因引起。因为支座的布置情况决定了全桥的2．1工程简介计算图式，从而影响全桥的内力分布。桥梁建成后，本文以某匝道桥为例，对该匝道桥支座反力进在运营期间受环境温差、车辆荷载等外荷载的作用，行分析。该匝道桥为等截面预应力混凝土连续箱梁会出现一些诸如“爬移现象”、扭转、内侧支座脱空桥，跨径布置为3m×3O12q。曲线为圆曲线，曲线半现象等，而这些在设计时，可以通过调整支座的布置径为110m。单箱单室截面，双车道，其中跨中断面方式加以解决⋯。因此，对曲线梁桥，研究其支座与支座断面形式有所不同，分别见图1、图2。箱梁反力的分布十分重要。顶板宽度为9．5nl，梁底宽为4．51"11，梁高1．8m，腹板厚0．6m，采用斜腹板形式，计算荷载为城市Al曲线梁桥支座及布置方式级，均布荷载10kN／m，集中荷载300kN。顺桥向，支座的布置方式要综合曲率半径、单跨跨径以及一联的跨数等因素来考虑。通常有三。L‘厂种布置方式：全部设置抗扭支座；跨中设置独柱墩点铰式支座；抗扭支座和点铰式支座混合设置。对城市立交，由于路线和路旁建筑的制约，限制了下部结构桥墩的位置，抗扭支座的应用也有横桥向，曲线梁图1跨中截面收稿日期：2010一叭一06作者简介：章建伟(1976一)，男，浙江三门人，工程师，从事桥梁研究工作。 第6期章建伟等：曲线梁桥支座反力分析l7式九到方式十三是在方式六的基础上，将中墩点铰支座设置偏心，偏心距的具体大小歹lj于表2。．围2支座截面2．2布置方式支座布置方式见图3，固定支座、单向活动支座及双向活动支座的具体选用列于表1。方式一到方式六●固定支座O单向活动支座O双向活动支座支座间距为2．5m，方式七支座间距扩大到3．5m。方图3支座布置方式表t1各支座布置形式表2不同布置形式下的偏心距3反力计算结果分析3．1径向位移是否约束3．1．1竖向支座反力分析将方式二、方式四以及方式三下竖向支座反力进行比较，可以得到是否约2．3有限元建模束径向位移的比较结果。从方式二到方式四，释放采用大型有限元软件ANSYS进行结构分析。箱了内侧支座径向位移，从表3中可以看出，竖向支座梁采用shell63单元，边界条件按照实际情况模拟，横反力基本相同，最大变化值发生在2#内侧支座，为桥向在跨中划分为l2个单元，在支座处整个断面作4．6kN，最小变化值仅为0．2kN。从方式四到方式为一个单元；纵桥向每0．2m作为一个划分段，全桥三，释放了外侧支座径向位移，从表1中可以看出，共1764个单元，44184个节点，全桥模型见图4。竖向支座反力有所改变，表现为内侧支座竖向反力对于支座约束的模拟，如果是多向活动支座，则增大，最大增值为8．63kN，外侧支座竖向反力减只耦合相应节点的竖向自由度；单向活动支座，则分小，最大减小值8．9kN。别耦合相应节点的竖向自由度和平面内的径向自由对比方式一和方式四下竖向支座反力，可以看度；固定支座，则耦合相应节点的竖向、平面内的径出其变化很小，即无论约束内侧支座或是外侧支座向和切向自由度。径向位移，两者对竖向支座反力影响基本相同。从以上分析得出，内外支座径向位移全部约束与只约束其中一侧支座径向位移相比较，其竖向支座反力几乎完全相等，而与全部不约束相比，竖向支座反力稍有不同，全部不约束情况下，内侧竖向支座反力增大，外侧竖向支座反力减小，变化幅度较小。图4有限元模型图3．1．2径向力分析从表4可以看出，方式二下， l8浙江建筑2010年第27卷内外侧支座均具有较大的径向力；从方式二到方式力也均为0，可见约束径向位移，将产生较大的径向力。四，释放了内侧支座径向位移，则内侧支座径向力都由方式一与方式四对比可知，内侧支座约束了为0，且外侧支座径向力也大大减小；从方式四到方径向位移，便在内侧支座产生径向力，外侧支座约束式三，释放了外侧支座径向位移，则其外侧支座径向了径向位移，便在外侧支座产生径向力。表3各支座布置下的竖向支座反力(kN)3．2支座间距3．3中间墩设点铰支座方式七在方式一的基础上，将支座间距扩大到方式六在方式一的基础上，将中墩上抗扭支座3．5m，从表3中可以看出，支座间距增大，使得内侧支改为点铰支座，支座反力变化趋势为内侧支座反力座反力增大，最大增值为109．72kN，增幅达13．8％，而’减小，外侧支座反力增大，即内外侧支座反力差增外侧支座反力相应减小，最大减小值为108．9kN，大，抗扭能力增大。铰支座反力与原先的抗扭支座减幅达到6．63％，内外侧支座反力逐渐趋于平衡。反力相差很小，抗扭支座反力为6425kN，铰支座反从图5可以得出，从方式一到方式七，内外侧支力为6469．6kN。座反力差均减小，方式一下，内外支座反力差最大为3．4铰支座偏心距的影响849．97kN，方式七下，内外侧支座反力差最大变为为了改善内外侧支座反力的分布，考虑将中墩点631．35kN，减少25．72％，边墩(1、4)支座反力变化铰支座在横向向外移动，使得梁体向内侧偏转，恒载与中墩相似，但边墩支座内外侧反力差比中墩支下，可增大内侧支座反力。分别计算了中墩点铰支座座大。向外偏心10em、20cm、30cm、40cm、50cm时的支座反力，分析支座反力与偏心距之间的变化规律。表5I一方式一一方式七I即为不同偏心距下竖向支座反力的计算结果。黍7。。，从表5中可以看出，对点铰支座而言，随着偏心＼／2餐50o距的增大，其支座反力逐渐减小，但减小幅度不大，且＼＼．。。∥．至300变化值较为均匀，都在13kN左右。抗扭支座则随着翟＼====偏心距的增大，内侧支座反力增大，外侧支座反力减l00支座墩位小。l#j~／墩，偏心距从0m变化到0．5m时，内侧支座图5内外侧支座反力差(下转第22页) 22浙江建筑2010年第27卷1l6328l如3口：1483Ll31163281O437215O42364784，～06931925O(上接第18页)反力由724．52kN增大到1340．9kN，增幅为85．1％，4结论外侧支座反力由1712．1kN减小到1127．3kN，减幅为342％。(1)在中间桥墩设置点铰支座，可增大抗扭支‘从上述分析可知，偏心距的设置可有效改善内座外侧支座反力，减小内侧支座反力，增大扭矩。点外侧支座反力的分布。铰支座设置偏心距，可有效改善内外侧支座反力的分布。．表5铰支座不同偏心距下的竖向支座反力(kN)(2)抗扭支座间距增大，使得内侧支座反力增支座偏心距／m大，外侧支座反力减小。边墩内外侧支座反力差内侧724．52848．95972．811096．9大于中间墩，间距增大，边墩反力差变化大于中外侧1712．11593．41475．61357．9间墩。2#6469．66458．16445．96432．9(3)径向位移是否约束对支座竖向支反力影响～内侧3007．93134．33259．73109．4外侧3465．53344．63225．43382．3不大，但对径向力有很大影响。即约束径向位移时，内侧793．8797．26801．46806．93⋯将在支座处产生径向力，特别当内外支座径向位移外侧1641．41638．01633．91628．3均约束时，产生较大的径向力。(4)随着曲率半径的增大，内侧支座反力逐渐3．5曲率半径的影响加大，外侧支座反力反之逐渐减小，当半径足够大从表6中可以看到，对同一种约束方式，随着曲时，内外侧支座反力几乎相等。率半径的增大，内侧支座反力逐渐加大，外侧支座反力反之逐渐减小。当曲率半径足够大时，R=3000m参考文献～∞相当于直桥，内外侧支座反力几乎相等。[1]王宇波，刘斌，邓安泰．大跨曲线箱梁支座反力分析[J]．湖南交通科技。2005，31(4)：97—100．表6不同曲率半径及布置方式下1静墩的支反力(kN)[2]单德山，李乔．高速铁路曲线粱桥的支座布置形式初探[J]．重庆交通学院学报，2001，2O(2)：1—5，[3]彭大希，林希鹤．预应力连续弯箱梁的支座反力研究[J】．福州大学学报，1998，26(6)：63—68．[4]康鸣雷．小半径钢筋混凝土曲线梁桥的支座设置[J]．中国市政工程，2007。13(6)：32—35．