斜交简支小箱梁受力分析

田志渊

摘要：隨着斜交角度和宽跨比的增大，斜交桥在反力、内力及变形等方面的表现与正交桥相比差异越来越明显，本文通过某三跨斜交45度简支梁桥，详细描述斜交桥梁的受力特点及横梁对这些差异的影响。

关键词：弯扭耦合;反力;变形;横梁

随着交通的发展，桥梁建设也迅猛发展，高等级公路上的中、小型桥梁为了服从线路的总走向，工程中往往设计成斜交的。相对于正交桥梁，随着斜交角度的增加，斜交桥梁的受力特点也就表现的越来越明显。

某三跨21+30+21m简支梁斜交桥，桥宽34m，斜交角度45度，中跨30m梁采用预制小箱梁，桥面宽度34m，通过单梁与整体梁格分析比较，斜交桥当宽跨比及斜交角度较大时，反力、弯矩及变形都明显区别于正交桥梁，以下将具体论述斜交桥在以上几个方面的受力特点。

斜交桥横梁的刚度对主梁的受力影响很大，为方便施工，本桥横梁与支撑平行，共设两道端横梁，三道中横梁，本文采用两种横梁刚度比较计算，横梁厚度分别为0.35和0.5m。

图1  桥型布置立面图

图2  桥型布置平面图

圖3  横断面布置图

本工程斜交角45度，且宽跨比B/L=1.13，斜交梁特点鲜明，现从反力、内力、位移等方面分析不同横梁刚度作用下斜交主梁的受力特点。

本桥施工过程为，1、吊装预制小箱梁。2、连接横向湿接缝。3、现浇后浇带及二期铺装。

一、支座反力

運用剪力柔性梁格法理论，采用有限元计算软件Midas/Civil建立梁格模型，研究不同横梁刚度作用下斜交45度对边支座和中支座支撑反力的影响。

考虑到活载分布位置对边梁反力影响较大，本文仅考虑恒载作用下斜交梁的受力特点。

圖4  0.35m横梁时支座反力

圖5  0.5m横梁时支座反力

表一  单位（KN）

反力

斜交-横梁0.35m

斜交-横梁0.5m

平均反力

1153

1153

最大反力

1646

1691

计算结果表明，简支斜交桥反力具有明显的连续梁特征，钝角处反力远大于锐角反力，且横梁刚度对支座反力有影响，横梁刚度越大，支座反力越不均匀，采用0.35m横梁时，最大反力/平均反力=1.43，采用0.5m横梁时，最大反力/平均反力=1.47。

二、边梁内力

按照本工程的施工顺序，二期荷载荷载作用前，斜交体系已经完成，因此二期荷载作用下的梁体弯矩能体现斜交梁的受力特点。现建立斜交及正交三个模型比较二期荷载作用下主梁内力。

以下为二期荷载作用下各个体系下边梁的内力。

圖6  0.35m横梁时内力

图7  0.35m横梁时内力

圖8  正交梁内力

表二：单位（KN*m）

最大内力

斜交-0.35m

斜交-0.5m

正交梁计算

弯矩

1367

1354

1586

结果表明：1、斜交梁内力小于正交边梁内力。

2、斜交梁最大正弯矩不在跨中，而是偏向负弯矩。

3、横梁处弯矩有突变，且梁端横梁处为负弯矩。

4、横梁刚度不同时，斜交边梁内力也不同，刚度越大，正弯矩越小，负弯矩越大。

三、梁体变形

梁体在自重、整体升降温等荷载作用下，会发生纵向变形，正交梁约束端水平位移相同，斜交梁因横梁主梁变形方向不同，会同时发生纵向和横向变形，且锐角和钝角处变形量不同。

图9  恒载作用下梁体的纵向位移

圖10  整体升温作用下梁体的纵向位移

从计算结果可以看出，斜交梁在荷载作用下，变形有如下几个特点：

1、恒载作用下梁体锐角处变形大于钝角处变形，端横梁发生扭转。

2、温度荷载作用下梁体变形为非线性，锐角变形大于钝角变形，横梁发生扭转。

结论：通过以上比较，可以得出由于斜交横梁的影响，斜交梁的受力存在以下几个特点，1、斜交梁梁端反力不均匀，负弯矩处反力最大，约为平均值的1/cos（φ），φ为斜交角度。且横梁刚度越大，负弯矩处反力越大。2、由于弯扭耦合的影响，斜交梁主梁受力明显减小，且随着横梁刚度的增大，主梁内力越小，这是因为随着横梁刚度增大，梁的扭矩也增大，主梁向下变形减小。3、梁体变形时梁端横梁存在扭转，锐角处变形大，钝角处变形小。

基于以上受力特点，斜交梁设计时应充分考虑到斜交因素，特别是斜交角大，宽跨比大的桥梁。1、支座反力应建整体梁格模型考虑，锐角处支座扭转大，应采用较高支座。2、横梁尺寸的选择应综合考虑主梁受力合理选择界面尺寸，横梁刚度越大，活载分配越平均，斜交梁特点越突出。3、因存在端横梁扭转，伸缩缝的宽度应比一般正交梁大。4、由于扭矩存在，主梁与后浇带混凝土之间的连接应加强。

参考文献：

[1]高等学校教材《桥梁工程》 人民交通出版社。

[2]《桥梁结构空间分析设计方法与应用》人民交通出版社。