斜交桥斜交角度对支座反力的影响分析

徐东阳

0 引言

设计城市桥梁中,往往由于周围环境的条件限制,通常会采用斜桥、弯桥等复杂形式桥梁结构,这些桥梁具有不同于直线桥的受力性能,因此对它们进行深入的研究具有重要的显示意义。在本文中,针对斜交桥,研究不同的斜交角度对支座反力的影响。

现有桥梁设计计算方法中,最常规的是平面梁单元模型,本次计算采用空间梁格法,其原理是将箱梁梁肋处理为若干片主梁,考虑箱梁在荷载作用下的纵向受力和变形,横向的受力和变形则由只提供刚度没有自重的虚拟横梁进行模拟,能较好地反映斜交桥在恒荷载和活荷载下的纵向、横向受力特征。

1 建立梁格模型

本文采用Midas/Civil建立柔性梁格法对24+36+24三跨连续梁分别采用 10°,20°,30°,40°斜交角度建模,分析不同斜交角度对支座反力的影响,同时与同等跨度的直线桥支座反力进行对比。

箱梁截面(截面垂直于桥梁轴线)尺寸如图1所示,横隔梁沿轴线的宽度为1.8 m。

支座的空间布置如图2所示,支座1约束方向为dz,支座2的约束方向为dy,dz,支座3的约束方向为dx,dz,支座4的约束方向为dx,dy,dz。箱梁被分为四根纵梁,在划分纵梁时,确保纵梁的中性轴在同一高度。截面的抗弯刚度,抗扭刚度以及剪切面积的调整见文献[1]。

Midas/Civil直交桥空间模型如图3所示。

Midas/Civil斜交桥空间梁格模型如图4所示。

2 计算结果

据表1,图5可看出,在恒载作用下,随着斜交角度的增大,支座1的支撑反力迅速增加,在10°,20°,30°,40°时支座 1的竖向反力分别为直交桥情况下的1.02倍,1.06倍,1.13倍,1.22倍。而支座2变化不大,变化趋势见图5。斜交桥的支座2反力比直交桥的反力略偏小。同时支座1和支座2的反力值差值随着斜交角度的增大而增大。

表1 边支座恒载作用下支座反力

表2 中支座恒载作用下支座反力

表3 移动荷载最大效应作用下边支座反力

据表2,图6可看出,在恒载作用下,斜交角度对中支座反力影响比较大,支座3反力随着斜交角度的增大而减小,支座4的竖向反力随着斜交角度的增大而增大。斜交桥支座反力与直交桥支座反力比值随斜交角度的变化趋势见图6。同时支座3和支座4的反力值差值随着斜交角度的增大而增大。

表4 移动荷载最大效应作用下中支座反力

本桥为四车道,移动荷载的最大效应为四车道满载情况。从表3,表4可以看出,在移动荷载作用下,无论是边支座反力,还是中支座反力,对斜交角度的影响都很敏感,相对于直交桥反力增加很大。而对于不同角度的斜交桥,边支座和中支座的反力随着斜交角度的增加而略有增加。同一横梁下的两个支座反力值相差不大。

表5 移动荷载最小效应作用下边支座反力

表6 移动荷载最小效应作用下中支座反力

移动荷载的最小效应为两车道偏载情况,斜交角度的影响比较明显,见表5,表6。此时边支座和中支座的支撑反力随着斜交角度的增加而有较大幅度地增加,见图7和图8,两边支座反力值相差较大,两中支座反力值相差较小。

[1] E.C.汉勃利.桥梁上部构造性能[M].北京:人民交通出版社,1982.

[2] 范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,2000.

[3] 戴公连,李德建.桥梁结构空间分析设计方法与应用[M].北京:人民交通出版社,2001.

[4] 李平杰,马牛静.斜交桥极坐标系下的计算方法[J].山西建筑,2008,34(28):301-302.