箱形梁桥横梁选取合理支座布置形式的方法①

凌 晨

(同济大学，上海 200092)

0 引言

近些年来，为了适应经济和交通高速发展的需求，我国城市桥梁和立交桥梁工程建设得到迅猛发展.在中、小跨径以及一些大跨径的城市桥梁和立交桥梁中，钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土箱梁桥以其优越的力学性能和适用性能发挥着独特的优势，备受广大桥梁设计者的青睐.而在箱梁的受力中，横梁的受力更是重中之重，虽然现在对横梁的计算方式没有一种统一计算方法，但是无论何种计算方法，支座的布置形式都会影响到横梁的内力线形，一个好的内力线形，对横梁的配束及配筋有百利而无一害.

下面本文以两例不同宽度的横梁算例，对于如何合理的选取支座布置形式进行探讨.

1 工程实例

常说的支座布置形式主要包括两方面:支座间距和支座个数.合理的支座布置形式是指通过适当的调整支座间距以及支座个数来获得最好的内力线形，即能满足工程设计的各种要求.工程中常用的支座个数为2支座与4支座形式，3支座很少用到，因为一般情况下，横梁截面为对称截面，受力也大部分为对称受力，对于特殊情况的横梁本文不予考虑.

下面两个算例的横梁加载方式为恒载通过箱梁所有腹板以集中力的形式传递给横梁，活载主要为车辆重轴直接作用于横梁上引起的效应，不考虑人群荷载效应.

通过桥梁博士建模计算，分别在2支座与4支座情况下，不断改变支座间距，统计最大的负弯矩以及剪力值，然后比较数据，选取最优的支座布置形式.

图1 中横梁断面

图2 中横梁截面

1.1 算例1

为某城市高架桥，跨径为52+80+52的变高连续梁桥的中横梁，采用单箱多室箱形截面，梁高4.5m，横梁顶板宽度 25.5m，底板宽度 19.5m，顶板厚度0.25m，底板厚度1m，腹板厚度0.7m.

初步取支座个数为两个，支座最小间距为4m，然后两个支座分别向两边每次移动0.5m，收集支座处的负弯矩值以及剪力值如下表:

表1

由表中数据可以知道，支座间距越大，负弯矩和剪力数值都在减小，而且负弯矩的减小速度是剪力的10倍左右，且当支座间距大到一定程度时，剪力又会增大，呈负增长，剪力存在一个最小值，所以在两支座情况下，支座间距的最理想值即为剪力最小时对应的数值.但是在12m时，两支座之间正好出现正弯矩，其值为16030KN/M，而在11m时仍未出现正弯矩，且剪力值也很接近最小值，能满足规范要求的抗剪要求，且预应力线形也比较平滑，比较好看，所以综合考虑负弯矩、支座间正弯矩以及最不利剪力值，上述算例最终选取的支座间距为11m.

1.2 算例2

为某城市高架桥4跨连续梁桥的一个中横梁，每跨跨径为30m，采用单箱多室截面，梁高2m，横梁顶板宽度43.5m，底板宽度32.5m，顶板厚度0.25m，底板厚度0.52m，腹板厚度0.7m.

由于该中横梁截面宽度为43.5m，宽度太大，如果采用两支座布置形式，必定会处于大悬臂状态，造成负弯矩过大，从而无法满足设计要求，即使通过配预应力钢束能够满足规范要求，所需要的预应力钢束数量肯定很多，那样无论在设计上还是在经济上都是不合理的，故本算例采用4支座形式.

同时，该截面在实际受力过程中，从翼缘到边箱室这段截面除了自重受力之外，几乎只有栏杆、防撞墙以及二期铺装的荷载作用，这部分荷载所产生的效应很小，故我们可以先把两个边支座的位置放在第一个直腹板处，即两个边支座间距为31.2m，这样这个支座处的负弯矩很小，腹板处截面大，抗剪也肯定能满足要求，而两个中支座的位置则效仿算例1，初步定为4m，然后两个支座分别向两边每次移动1m，收集中支座处的负弯矩及剪力数值，如下表:

表2

由上表可知，当边支座不动，中支座间距增大时，中支座处的负弯矩迅速减小，并在支座间距为10m时达到最小值，随后开始迅速增大，而中支座处的剪力在支座间距为6m时达到最小，随后开始增大，边支座处的剪力则一直在稳定的减小，且中支座之间在8m时出现正弯矩，随后增长速度很快.综合考虑负弯矩、正弯矩以及剪力的数值，由于同一横梁下的4个支座型号一般都是一样的，应该考虑边支座与中支座剪力数值比较接近的间距，所以中支座间距推荐选择10m.随后再以相同方式向中间移动边支座，观察中支座及边支座的负弯矩及剪力变化情况，如下表:

表3

由表3可以看出，当边支座位置改变时，边支座处的负弯矩值变化很大，是中支座负弯矩变化率的3到5倍，甚至在间距为28.2m时超过了中支座处的负弯矩值，这在工程实际中是不合理的，因为边支座的位置比较靠近预应力锚固端，预应力的线形约束比较大，很难满足该处的应力要求.且边支座处剪力先减后增，存在最小值，中支座剪力一直在减小，且由于中支座与边支座型号相同，应该控制两者剪力值不要相差太多，剪力值也不应太大.综合考虑上述两表的数据，可以选出比较合理的支座布置形式，即中支座间距为10m，边支座间距为30.2m.

2 结论

根据对以上两个算例的分析，笔者初步总结出横梁支座形式的选取方法，如下:

(1)对于宽度在25m及25m以下的箱梁，一般采用2支座布置形式，支座间距一般选取在剪力较小的位置，且支座间不出现正弯矩，或者出现很小正弯矩.

(2)对于宽度较大的箱梁，比如宽度在35m以上的箱梁，一般采用4支座布置形式，中支座间距一般选在中支座负弯矩及剪力值都相对较小，且中支座间正弯矩值适中的位置，而边支座间距则选在边支座处剪力值与中支座比较接近，且边支座负弯矩值适中的位置.

(3)在城市高架中，由于道路通行限制，导致支座能摆放的位置比较局限时，仍然应该按上述方法在可摆放范围内找出最优的支座布置形式.

以上是通过上述两个算例的分析得出的结论，由于计算的算例较少，此结果还需要大量的计算工作去进行补充及修改，比如对于25m到35m宽的箱梁支座布置形式的选取方法，应该比较灵活，两支座与四支座应该均能满足设计要求，但是具体该如何选取应该具体工程具体对待.

[1]范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社，2003.

[2]范立础，预应力混凝土连续梁桥[M].北京:人民佳通出版社，2003.

[3]项海帆，高等桥梁结构理论[M].北京:人民交通出版社2001.4.