某斜腿刚构跨线桥受力分析

魏慧芝

0 引言

斜腿刚构桥因其对边坡、路面、桥面之间的净空形成通视良好而变化有序的分割，成为大多数高等级公路跨线桥的首要选择之一[1］。斜腿刚构桥为多次超静定结构，整体性强，刚度大，但产生的次内力往往也较大[2］，本文通过对某斜腿刚构桥进行受力分析，研究该桥的安全性。

1 桥梁简介

本桥为钢筋混凝土结构，采用搭架现浇的施工工艺，混凝土主梁及斜腿采用C40混凝土，跨径12.5 m+22 m+12.5 m，桥面宽度为5.5 m，桥梁上部主梁为2片变截面T梁组成，梁肋中心距2.8 m。T梁根部梁高1.4 m，端部梁高0.9 m，边跨及中跨梁底曲线按二次抛物线变化。梁底均保持水平。T梁梁肋宽0.7 m，顶板厚0.22 m。翼缘端部高0.15 m，根部高0.3 m。梁端设横梁，底面水平，横梁跨中高度为0.955 m，宽度为0.77 m。边跨及中跨均设横隔板，横隔板高0.75 m，宽0.3 m。斜腿由主梁根部进入梁体，于连接处形成斜横隔板。横隔板高1.4 m～1.455 m，宽度0.8 m。斜腿中线与水平线夹角为45°，变截面矩形断面，厚度由0.8 m渐变至0.5 m，按直线变化，宽度为等宽3.5 m，施工阶段，斜腿下端设置钢板形成铰支撑，如图1所示。

图1 桥型布置图

2 有限元分析

2.1 建模

结构计算采用桥梁博士平面杆系程序，共分为74个单元，90个节点，如图2所示。根据规范要求进行持久状况承载力极限状态计算、短暂状况正常使用极限状态计算、持久状况构件应力计算，对结构构件进行承载能力、抗裂和应力的验算。

图2 全桥有限元模型图

2.2 技术标准和设计参数

梯度温度为:

正温:主梁顶面25℃;距顶面100 mm处，6.7℃;距顶面400 mm以下均为0℃。

负温:主梁顶面－12.5℃;距顶面100 mm处，－3.35℃;距顶面400 mm以下均为0℃。

支座不均匀沉降为5 mm。

2.3 荷载组合

JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范规定，按承载能力极限状态设计时，采用基本组合;按正常使用极限状态设计时，采用作用长期效应组合(组合Ⅰ)和作用短期效应组合(组合Ⅱ);持久状况构件的应力计算采用作用标准值组合(组合Ⅲ)。

3 计算结果

梁端支点及斜腿腿脚最大反力见表1。

表1 结构支点最大反力

斜腿上轴力很大，弯矩很小，对结构的受力是有利的，且受力上大下小，所以斜腿可以做成上大下小的形状[2］。中跨部分有较大的弯矩和轴力，属于偏压构件，边跨部分既受弯又受拉，属于弯拉构件，如表2所示。所以，在进行结构设计时，斜腿部分需要验算强度，主梁除验算强度外，还应验算裂缝宽度。

表2 典型断面的结构抗力

由于该桥为对称结构，因此取半跨列示结果。

3.1 强度验算

图3 承载能力极限组合Ⅰ 最大抗力及对应内力图

图4 承载能力极限组合Ⅰ 最小抗力及对应内力图

从图3，图4中可以看出，主梁及斜腿各截面抵抗正、负弯矩的抗力大于最不利荷载组合下的正、负弯矩，主梁及斜腿极限承载能力从理论计算分析满足规范要求。

3.2 裂缝宽度验算

由图5，图6可知，正常使用极限状态组合Ⅱ，主梁及斜腿最大裂缝宽度0.176 m，小于0.2 mm，满足规范要求。

图5 正常使用状态组合 Ⅱ主梁上缘裂缝图

图6 正常使用状态组合 Ⅱ主梁下缘裂缝图

图7 正常使用极限状态主梁上缘压应力图

图8 正常使用极限状态主梁下缘压应力图

3.3 应力验算

如图7，图8所示，上缘最大压应力值为8.4 MPa;下缘最大压应力值为5.5 MPa;《钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规定:在使用荷载作用下，钢筋混凝土构件受压区混凝土边缘的压应力应小于[σ］=0.8fck=0.8 ×26.8=21.44 MPa，满足规范要求。

4 结语

1)斜腿刚构既可以提供较大的桥下净空，又有美化的景观，在中等跨径单跨跨线桥梁中，斜腿刚构不失为一种较优的选择。2)斜腿主要承受轴力，中跨部分属于偏压构件，边跨部分属于弯拉构件，需要对强度、裂缝宽度等进行验算。3)承载能力极限状态强度验算，正常使用极限状态裂缝验算及压应力验算，满足设计要求，钢筋混凝土斜腿刚构有较强的跨越能力，节约了预应力钢材，无需张拉预应力钢束。

[1]邓平跃，陶纳川.某斜腿刚构桥的设计与结构受力分析[J］.山西建筑，2010，36(16):321-322.

[2]李 健，边 伟，刘重霄.斜腿刚构在跨线桥中的应用[J］.公路，2009(10):17-21.

[3]杨军猛，郭俊峰.斜腿刚构桥受力特性研究[J］.交通科技，2011(1):13-16.