曲线连续梁桥支座反力分析

陈彬

河南省交通科学技术研究院有限公司（450000）

曲线连续梁桥支座反力分析

陈彬

河南省交通科学技术研究院有限公司（450000）

以四跨连续梁桥为背景，采用有限元软件MIDAS/Civil和MIDAS/FEA进行建模分析，研究了曲线连续桥，在恒载作用下支座反力分布的规律；采用MIDAS/Civil建立一系列不同曲率半径的曲线连续梁桥，研究了恒载作用下支座反力随曲率半径变化的规律。经研究得出：恒载作用下，曲线连续梁桥曲线外侧支座反力大于曲线内侧支座反力，随着曲率半径的增大，内、外侧支座反力、内、外侧支座反力比值以及内、外侧支座反力分配均呈非线性变化的规律。

曲线连续梁桥；曲率半径；支座反力

0 引言

曲线连续梁桥广泛应用于地形条件恶劣区域的公路桥梁和城市市政立交桥的匝道桥。曲线桥由于自身的特点，与直线桥受力特点略有不用，最突出的特点如下：

1）在自重和外荷载作用下，梁截面产生弯矩的同时，必然伴随产生“耦合扭矩”，即弯扭耦合作用[1-2]。

2）对于桥台设抗扭支座的曲线梁桥，其曲线外侧支座反力大于曲线内侧支座反力[1-3]。

这里将以四跨连续梁桥为背景，分析恒载作用下，主梁支座反力分布的规律，并研究随着曲率半径变化，支座反力的变化规律。

1 工程概况及有限元建模

1.1 工程概况

这里以四跨连续梁桥为背景，跨径组成：（4× 30）m，上部结构为单箱单室截面，上部结构曲率半径为150 m，主梁采用C50混凝土。箱梁截面尺寸如图1所示。

图1 箱梁截面尺寸（cm）

上部结构桥台处设置双支座，曲线内侧为单向活动支座,曲线外侧为双向活动支座，1#～3#桥墩为独柱墩，设置单支座，1#墩、3#墩为双向活动支座，2#墩为固定支座。

1.2 有限元建模

采用有限元软件MIDAS/Civil和MIDAS/FEA分别对该桥建立梁单元模型和实体单元模型，梁单元模型共68个节点，60个单元，实体单元模型共15 551个节点，46 387个单元。梁单元和实体单元模型如图2所示。

图2 梁单元和实体单元模型

2 曲线连续梁桥支座反力分析

恒载作用下，梁单元和实体单元计算出的支座反力见表1。

从表1中可以看出，两种单元计算的桥台曲线外侧支座反力均大于曲线内侧支座反力。这与曲线梁桥的一般规律相符。此外，梁单元计算出的桥台处双支座处的支座反力和实体单元计算的结果偏差稍大，梁单元计算的桥台处曲线内侧支座反力偏大，曲线外侧支座反力偏小。独柱墩上的支座反力基本相当。

表1 恒载作用下主梁支座反力

3 曲率半径对曲线连续梁桥支座反力的影响

通过建立一系列不同曲率半径的曲线连续梁桥，对比恒载作用下不同曲率半径的曲线梁桥的支座反力。各曲线梁桥支座反力如表2所示。随曲率半径变化，支座反力的变化规律如图3所示。

表2 恒载作用下各曲线梁桥支座反力（kN）

图3 各曲线梁桥支座反力变化规律图

从表2和图3中可以看出，随着曲率半径的增大，独柱墩处的支座反力变化较小，桥台处曲线内侧的支座反力增大，曲线外侧的支座反力减小。直线桥时双支座的支座反力值相等。同时采用3次曲线可以很好的拟合支座反力与曲率半径的关系，因此随着曲率半径线性增大，桥台处支座反力呈非线性变化趋势。

表3 恒载作用下各曲线梁桥桥台处内外侧支座反力对比表

从表3可以看出，随着曲率半径增大，桥台处总支反力基本相等，说明曲率半径只影响内外侧支反力分配，但不影响总支反力大小。随着曲率半径增大，桥台处内外侧支座反力与总支座反力的比值呈非线性变化规律。

4 结论

1）恒载作用下，随着曲率半径增大，独柱墩处的支座反力变化较小，桥台处曲线内侧的支座反力增大，曲线外侧的支座反力减小。

2）恒载作用下，采用3次曲线可以很好的拟合支座反力与曲率半径的关系，因此随着曲率半径线性增大，桥台处支座反力呈非线性变化趋势。

3）恒载作用下，曲率半径只影响内外侧支反力分配，但不影响总支反力大小。且随着曲率半径线性增大，桥台处内外侧支座反力与总支座反力的比值呈非线性变化规律。

[1]陈宝春.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社,2009.

[2]杨昀,周列茅,周勇军.弯桥与高墩[M].北京：人民交通出版社,2011.

[3]姚玲森.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社,2008.