混凝土曲线梁桥支座偏心设置分析研究.pdf
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1、第 3 9 卷 , 第 3期 2 0 1 4年 6月 公 路 工 程 Hi g h wa y En g i n e e r i n g Vo 1 3 9,No 3 J u n, 2 0 1 4 混凝 土 曲线梁桥支座 偏心设置分析研 究 彭 新星 ,彭斌 ( 湖南省公路设计有 限公 司 , 湖南 长沙4 1 0 0 1 1 ) 摘要】以一座四跨曲线梁桥为背景 , 采 用单 主梁 法建立 空 间有限元 模型 , 对不 同中支 座偏心 距情 况下恒 载 、 活载支座竖向反力进行了计 算分析。结果显示 , 支座 反力 主要受恒 载分配 的影响 , 各种偏 心距情 况下活载反力 变化幅度较小 。支座偏
2、心设置方法可用于类似桥梁的设 计。 关键 词】曲线 ; 混凝 土梁桥 ;支座偏 心;有限元模 型 中图分类 号】U 4 4 3 3 6 文献标识码 】A 文章 编号】1 6 7 4 0 6 1 0 ( 2 0 1 4 ) 0 3 0 2 8 0 0 4 An a l y s i s o f Co n c r e t e Cu r v e d Be a m Br i d g e Be a r i n g Ec c e n t r i c i t y PENG Xi n x i n g,PENG Bi n ( Hu n a n P r o v i n c i a l H i g h w a y D
3、 e s i g n C o , L T D,C h a n g s h a ,H u n a n 4 1 0 0 1 1 , C h i a n ) A b s t r a c t I n t h i s p a p e r , t a k i n g a f o u r s p a n c u r v e d g i r d e r b r i d g e a s t h e b a c k g r o u n d ,a fi n i t e e l e - me n t mo d e l i s b u i l t u s i ng t h e s i n g l e b e a m m
4、e t h o d,f o r d i f f e r e nt b e a r i n g e c c e n t r i c i t y i n c a s e o f de a d l o a d, l i v e l o a d b e a r i n g v e rti c a l r e a c t i o n f o r c e s a r e c a l c u l a t e d a n d a na l y z e d Th e r e s u l t s s h o w,t h e c o u n t e r f o r c e o f t h e s u p p o r
5、t i s ma i n l y a ffe c t e d b y t h e c o ns t a n t l o a d d i s t rib u t i o n,v a rio u s e c c e n t r i c i t y u n de r l i v e l o a d f o r c e o f s ma l l e r a mpl i t u d e Ec c e n t r i c s u p p o rt t h i s s e t t i n g me t h o d c a n b e u s e d for t h e d e s i g n o f s i
6、 mi l a r b rid g e s Ke y w o r d s c u r v e ; c o n c r e t e b e a m b ri d g e ;e c c e n t r i c s u p p o r t ; fi n i t e e l e m e n t mo d e l 0 引言 随着城市建设和交通事业的发展 。 城市立交桥 及 高 速公路 立 交桥 的数量 日益 增加 。立交互 通 需通 过 匝道来实现 , 匝道桥与立交桥 的连接经常通过 曲 线 桥 梁连接 。 由于 小 半 径 曲线 梁 扭 矩 比较 大 , 无 论 采用何种支座布置形式 , 都无法很大程
7、度的减小荷 载产生的扭矩 。如何采取适 当措施来 改善受扭 状 态 , 是 曲线梁 桥 设 计 中 的难 点 之 一 。 国内外 学 者 研 究 发现 , 对 于采用 独 柱 墩 支 承 的预 应 力 曲线 梁 连 续 梁 桥扭矩 调 整 比较 有效 的方 法是对 各 中间支 座偏 心设 置 。将 单 点 支 承 的 中 心线 沿 径 向 往 曲线 外 侧 移 动一个 较 小距 离 , 可 以起 到调 整 梁 端 扭矩 的 目 的。降低弯梁桥内扭矩的最大值 , 可以充分利用混 凝土截面提供 的抗扭强度, 节约抗扭钢筋的配制。 由于桥 台受到的扭矩也同时减小, 桥台及支座 的设 计 可以 简化
8、。 因此 , 预 设 支 座偏 心 是 一 种 不 增加任何投资而达到改善 内力、 节约材料 目的的措 施 。本文将就独柱墩单点支承预设偏心 , 改善梁端 支座反 力进行 研究 。 l 桥 梁概述 本文以某市一 匝道桥为例进行计算分析。该 匝 道桥 为一 四跨 曲线 预应 力 混 凝 土 现 浇 连 续 空 心 板 桥, 跨径组合为 42 0 m, 联长 8 0 m, 桥宽为 1 0 m。 该桥 线 路 中心 线 平 曲 线 半 径 为 5 4 5 m, 圆 心 角 为 8 4 O 4。 。 本桥平面布置见图 1 , 跨中断面图见图 2 。空心 板高 1 3 m, 宽度为 1 0 m, 板梁外
9、形美观, 适合 于城 市桥 梁 的设 计 。 本 桥 板 梁 混 凝 土 等 级 为 C 5 0 , 容 重 2 6 k N m ; 两侧设 5 0 c m宽防撞栏杆 , 桥面铺装为 9 c m沥青混 凝土, 容重 2 4 k N m ; 汽车活载为公路 I 级, 梯度温 度荷载按现行公路桥梁设计规范执行 ; 不均匀沉降 按每个桥墩沉降 5 mm考虑。 本桥支座设计为: 桥台处设双支座 , 支座间距为 【 收稿 日期】2 0 1 3 - - 0 4 - 0 8 作者简介】彭新星 ( 1 9 8 0 -) , 男 , 湖南益阳人 , 公路 与桥梁工程师 , 主要从事 公路与桥梁设计_T作。 学兔
10、兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 彭新 星 , 等 : 混凝土曲线粱 桥支座偏心设置分析研究 2 8 1 F i g u r e 1 B r i d g e l a y o u t ( u n i t : e m) l o o o 圈 2跨中断面图( 单位: c m) F i g u r e 2 T h e d i a g r a m o f mi d d l e s e c t i o n ( u n i t : c m) 3 8 m, 偏心距为 0 1 m; 中间桥墩均设单支座 , 支座 偏心距为 0 1 m。 2模型的建立 本文 采用 MI D A S
11、 C I V I L有 限元 分析 软 件 , 采 用 单 主梁法对试验 模型 梁进行有限元分 析。建立 的 MI D A S有限元模型完全按照桥梁实际支承情况 , 通 过节点偏移来模拟 中、 端支座偏位。并用刚臂和 一 般支承相连接形成边界条件。计算在各种荷载作用 下端 、 中支座偏移量对曲线梁支座反力和 内力的变 化 , 然后总结支座布置对曲线梁反力的影响效应 。 为 分析曲线梁支座的设置方式的影响效应参数分析提 供 可靠 的依据 。 由于 MI D A S c i v i l 有 限元 分 析 软件 不 能 直 接 建 立曲线模型 , 将试验模型梁按照单元划分原则分为 8 0个细小单元对
12、称于中问支点布置, 以直代 曲建立 曲线梁模型。模型中的混凝土和钢筋的各种材料属 性均按照规范的相关数据进行选取 。各支座的模拟 按照试验梁试验时的真实状 况进行 , 通过节点偏移 经刚臂连接形成边界条件 。对 曲线梁在各种情况下 支座调整反力影响效应进行分析, 建立有 限元模型 如图 3 , 图 4所示。 3支座偏心设计分析 本 文对 中支 座偏 心距分 别取 0 0 、0 1 、0 2 、 0 3 、 0 4 、 0 5 、 0 6 m进行计算分析 , 考察结构在各 图 3桥梁的有限元模型圈 F i g u r e 3 F i n i t e e l e m e n t mo d e l
13、o f t h e b r i d g e 图 4支 座 编 号 示 曩 图 Fi g u r e 4 S c h e ma t i c di a g r am of b e a r i n g nu mbe r 种荷载作用下内力、 反力随支座偏心距的变化情况 , 从而找 出较好的支座偏心距 。以下列出各种支座偏 心 工况 下支 座反 力 的计 算结 果 。 3 1各工况支座反力计算( 见表 1 ) 3 2恒载 支座偏 心分析 在恒载作用下 , 各支座反力随偏心距的变化情 况如 图 5所 示 。 从 图 5 ( a )一图 5 ( g ) 可以看出: 在恒载作用下, 中间桥墩支座的竖 向反力随
14、支座偏 心的增大而减 小, 近似成线性关系; 随着 中间支座偏心距的增大, 梁端外侧支座反力呈近似线性增加。 内侧支座反力 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 8 2 公路工程 3 9 卷 呈近似线性减小 。将梁端 内、 外侧恒载支座反力随 中间支座偏心距 的变化放到一起 , 如图 6所示 。可 以看出: 当中间支座偏心距为 0 5 2 m时, 梁端内、 外 侧支座反力相等。另外 , 梁端内、 外支座反力只是分 ( a )l 吱 座反力变化 ( b ) 2 支座反力变化 ( c ) 3 支座反力变化 ( d) 4 忮 座反力变化 ( e , 5 忮 座反力变化
15、( f ) 6 支座反力变化 ( g ) 7 岐 座反力变化 图 5 恒载支座反力随支座偏心的变化 Fi g ur e 5 Va ria t i o n o f c o ns t a nt l o a d b e a rin g f o r c e wi t h t he b e a r i ng e c c e nt ric i t y 2 5 0 0 20 0 O I 500 l 0 0 0 5 o 0 0 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 06 图 6梁端 内外支座反力变化 Fi g u r e 6 Be a m e nd b e a r i n g f o r c e 配比率
16、变化 , 总和基本保持不变。 3 3 活载 支座 偏心 分析 在活载 ma x 作用下 , 各支座反力随偏心距 的变 化情况如图 7所示。 在活载 ra i n作用下 , 各支座反力随偏心距 的变 化情况如图 8所示。 从 图 7图 8可 以看 出 : 在 汽 车活 载 作 用下 , 随 着 中间桥 墩支 座 的偏 心 距 的 变化 , 桥 梁 中支 座 竖 向 反力变化幅度 比较小, 3 、 4 、 5号支座在活载 ma x作 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 彭新星 , 等 : 混凝土 曲线梁桥支座偏心设置分析研究 2 8 3 ( a )l 吱 座反
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