預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)曲梁橋支座預(yù)偏心設(shè)置研究

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1、１５８中外公路第３４卷第４期２０１４年８月文章編號(hào)：１６７１－２５７９（２０１４）０４－０１５８－０４預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)曲梁橋支座預(yù)偏心設(shè)置研究方詩(shī)圣，周廣騰，方飛，張振（合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，安徽合肥２３０００９）摘要：合理的支座預(yù)偏心設(shè)置可有效改善曲線梁橋扭矩分布，然而若取值不當(dāng)，則容易引發(fā)支座脫空、梁體翻轉(zhuǎn)等病害。該文以聯(lián)長(zhǎng)為５×２５ｍ的某五跨連續(xù)曲梁橋?yàn)槔捎猛ㄓ糜邢拊浖粒睿螅蠼鍤卧Ｐ蛯?duì)箱梁進(jìn)行有限元計(jì)算，探討了不同活載分布狀況下支座預(yù)偏心對(duì)改善箱梁結(jié)構(gòu)扭矩和支座反力的作用，提出了跨徑２５ｍ獨(dú)柱支承的單箱雙室小半徑曲線梁橋在不同曲率

2、半徑下合理預(yù)偏心的近似計(jì)算公式。關(guān)鍵詞：曲線梁；預(yù)偏心；有限元；支座反力受地形、地物和占地面積的影響，曲線梁橋在城市道路及高速公路立交中應(yīng)用非常普遍。由于曲線的存在，曲線橋存在顯著的彎扭耦合現(xiàn)象，過(guò)大的扭矩給曲線梁橋的上部結(jié)構(gòu)和支座設(shè)計(jì)帶來(lái)困難，并容易導(dǎo)致曲線梁橋整體扭轉(zhuǎn)、變形、支座脫空等問(wèn)題。已有研究表明：支座徑向預(yù)偏移對(duì)改善曲線橋端部?jī)?nèi)、外側(cè)支座反力分配的作用明顯，并可改善全橋扭矩分布，然而支座預(yù)偏心也不可設(shè)置過(guò)大，否則中間的梁體將向內(nèi)側(cè)扭轉(zhuǎn)。在支座偏心設(shè)計(jì)方面，孫廣華教授曾編制了點(diǎn)鉸支承預(yù)偏心距的試算算法程序，邵容光等也對(duì)點(diǎn)鉸支座偏心值的求解進(jìn)行了探討，所采用的

3、方法實(shí)質(zhì)上也是試算。在實(shí)際工程運(yùn)用中，一般工程師多習(xí)慣用設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)，憑借經(jīng)驗(yàn)或類比確定試算初始值，此種依據(jù)經(jīng)驗(yàn)試算的方法盲目性較大，試算效率也有待提高。該文以聯(lián)長(zhǎng)為５×２５ｍ的某五跨連續(xù)曲梁橋?yàn)槔?，分析不同車道布置情況下單支點(diǎn)支座的預(yù)偏心對(duì)曲線梁扭矩分布以及支座反力的影響，并在有限元計(jì)算的基礎(chǔ)上提出跨徑２５ｍ獨(dú)柱支承的單箱雙室小半徑曲線梁橋在不同曲率半徑下合理預(yù)偏心的近似計(jì)算公式。１工程背景某三聯(lián)曲線梁橋，曲率半徑為１９５ｍ，其中第三聯(lián)的上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，跨徑５×２５ｍ。上部結(jié)構(gòu)采用單箱雙室結(jié)構(gòu)；下部?jī)啥瞬?用雙柱式橋墩，設(shè)徑向抗扭支承，

4、中間采用獨(dú)柱墩，設(shè)置單支座。主梁采用Ｃ５０混凝土，預(yù)應(yīng)力采用１５．２４ｍｍ預(yù)應(yīng)力鋼絞線，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ｆｐｔｋ＝１８６０ＭＰａ，張拉力為１３９５ＭＰａ。設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為公路－Ⅰ級(jí)。大橋平面圖見(jiàn)圖１，主梁采用單箱雙室截面，支座處和跨中截面如圖２所示。60801530105圖１匝道橋第三聯(lián)平面圖（單位：ｃｍ）2006502004040201530105(a)支座處200650200(b)跨中圖２主梁截面（單位：ｃｍ）收稿日期：２０１３－０７－２６作者簡(jiǎn)介：方詩(shī)圣，男，博士，教授．Ｅ－ｍａｉｌ：ｆａｎｇｓｓ＠１２６．ｃｏｍ２０１４年第４期方詩(shī)圣，等：預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)曲梁橋支座預(yù)

5、偏心設(shè)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軟件Ａｎｓｙｓ建立板殼單元2001500模型對(duì)第三聯(lián)進(jìn)行仿真模擬。采用Ｓｈｅｌｌ６３殼單元模01000擬箱梁頂板、底板和腹板，Ｌｉｎｋ１０桿單元模擬預(yù)應(yīng)力-200500筋。計(jì)算中考慮自重、二期恒載、預(yù)應(yīng)力及活荷載作用，并按承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行荷載組合。箱梁兩端-400-202406810121416182022設(shè)置雙支座，中間采用單支座。３不同活載分布狀況下預(yù)偏心對(duì)改善結(jié)構(gòu)扭矩和支座反力的作用在

6、單支點(diǎn)支承的連續(xù)曲梁橋中，由于單支座無(wú)法抵抗和傳遞扭矩，只能靠抗扭支座抵抗扭矩，因此抗扭支座附近扭矩最大。若通過(guò)設(shè)置預(yù)偏心使單支點(diǎn)支座向曲線外側(cè)偏離，中間支座的豎向反力將使曲梁產(chǎn)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支座預(yù)偏心/cm（a）恒載+預(yù)應(yīng)力+居中布置的活載扭矩，扭矩作用方向與支座無(wú)偏心時(shí)邊跨扭矩相反，扭-20246810121416182022矩值疊加使

7、抗扭支座截面的扭矩值減小；從梁端內(nèi)外側(cè)支座反力考慮，當(dāng)在曲線梁?jiǎn)沃c(diǎn)支承處設(shè)置一個(gè)預(yù)偏心值時(shí)，由于減小了恒載產(chǎn)生的梁體內(nèi)扭矩，因此支座預(yù)偏心/cm（b）恒載+預(yù)應(yīng)力+偏外側(cè)布置的活載支座反力差值箱梁最大扭矩03000箱梁最大扭矩/（kN·m）-200可使抗扭支座處內(nèi)外側(cè)支座的支反力趨于平衡。由此，對(duì)獨(dú)柱式曲線梁橋的預(yù)偏心的設(shè)置一般存在兩種觀點(diǎn)：一種是平衡曲線梁橋的扭矩，改善曲線梁橋內(nèi)力分布；另一種是為了減少乃至消除端橫梁處的扭矩，使端部?jī)?nèi)外側(cè)支座的豎向支反力大致相當(dāng)，防止支座脫空?？紤]不同觀點(diǎn)而設(shè)置的合理預(yù)偏心取值是不同的。該文采用有限元方法模擬計(jì)