连续折线形斜梁桥的受力计算分析

黄筱淇,李达宏（南昌市城市规划设计研究总院，南昌 330038）

连续折线形斜梁桥的受力计算分析

黄筱淇,李达宏
（南昌市城市规划设计研究总院，南昌 330038）

对折线形斜梁桥的受力特性进行了研究，以景观人行天桥为工程背景，简要介绍了景观人行天桥的工程设计，利用M idasCivil有限元软件对主梁进行建模计算，对支座支反力和主梁弯矩进行了对比分析，为今后类似工程相关设计提供参考。

连续折线形斜梁桥；支座设置；支反力；人行天桥

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.11.019

1　引言

斜梁桥的受力特性与正交梁桥的受力特性存在较大区别，由于斜向支承的存在导致弯曲和扭转的组合，导致主梁空间受力明显[1,2]。目前，现有文献对连续直线斜梁桥和简支斜梁桥得到较多的研究成果[3～5]，但对连续折线形斜梁桥研究甚少，连续折线形斜梁桥受力特性不同于连续直线斜梁桥，因此，很有必要对连续折线形斜梁桥受力特性进行深入研究分析和讨论。

本文结合景观人行天桥设计，对比研究恒载、集中荷载、系统温度和梯度温度作用下折线斜梁的受力特性，对该类桥支座布置进行一定探讨和分析，给出相关支座布置的设计思路。

2　工程概况

艾溪湖四路人行天桥位于昌东大道和艾溪湖四路交叉口南侧，上跨昌东大道，桥梁按斜跨总长为141.141m，人行天桥分为下部结构、折线形主梁结构、梯道梁和上部装饰结构，效果图如图1所示。

图1　艾溪湖四路人行天桥效果图

天桥主梁采用单箱单室，中间共6跨，两端悬臂，按跨径长分布：3m（悬臂）+20.322m+21.712m+24.517m+23.266m+25.298m+20.026m+3m（悬臂）=141.141m，每跨斜角和桥面宽度都不一样，具体参数见表1。箱梁跨中腹板宽0.5m，支点腹板宽0.6m，翼缘板悬臂长度0.5m。主梁支座采用双支座，支座中心间距2m，桥墩支撑轴线方向相互平行，主梁平面如图2所示。

桥墩共7个，编号为0#~6#桥墩。考虑主梁、支座和桥墩受力，将1#~5#桥墩分别朝钝角方向偏移0.8m，墩顶支座相对主梁轴线偏心0.8m；3#墩顶设置一个固定支座和一个单向支座，单向支座滑移方向与主梁支承轴线方向一致；2#和4#墩顶分别设置一个单向支座和一个双向支座，支座主滑移方向与主梁轴线一致；其余墩顶均设置双向支座。为满足墩顶支座布置要求，将箱梁底板加宽，墩顶主梁横梁位置处将边角削平。

3　计算模型

本文采用2个杆系模型来进行对比研究折线形斜梁桥的空间受力特性，如图3、图4所示。模型一为支座按常规方式设置模型，每个墩顶设置一个单向支座和一个双向支座，支座主滑移方向与支承轴线垂直，支座不偏心设置。模型二为实际设计支座布置模型。

4　计算结果分析

在同样的支座布置形式下，折线形斜梁桥受力特性不同于直线形斜梁桥。在温度作用下，折线形主梁沿轴线方向自由伸缩，在桥墩支座位置产生竖向和水平位移分量，竖向位移分量受到单向支座的约束，导致支座产生水平反力，主梁产生横向弯矩，对主梁、支座和桥墩造成不利受力影响；在均布和集中荷载作用下，主梁的钝角位置为2个钝角叠加，支反力更为集中，锐角位置为锐角叠加，支反力更小，导致支座容易脱空；上述2种情况必须通过调整支座的位置和布置形式进行改善。

表1　桥梁参数表

图2　主梁平面布置图

图3　模型一：常规支座布置网格图

图4　模型二：实际设计支座布置网格

表2　荷载作用下支座反力表kN

如表2所示，在恒载和集中荷载（上部装饰荷载）作用下，模型一1#~5#桥墩锐角位置支反力为负值，钝角位置支反力过大，可知主梁支座存在严重脱空现象；在温度作用下，模型一主梁承受很大的水平反力，每个墩顶的水平反力Fy形成的力偶和3#墩顶水平反力Fx形成的力偶相互平衡；墩顶支座承受正负相反的竖向反力，其中在系统温度下，支座竖向正负反力大小相同，形成一个力偶，正好约束主梁的轴向扭转，主梁内不存在扭矩。模型二通过调整支座偏心、释放支座约束和调整支座布置，很好地改善了恒载和集中荷载作用下的支座反力，解决了支座脱空现象，消除温度作用下支座水平反力。

由于篇幅有限，只提取出温度作用引起的横向弯矩和恒载引起的竖向弯矩进行讨论。如图5、图6所示，温度作用下，模型一主梁内产生较大的横向弯矩，其中支点位置处横向弯矩绝对值最大且大小基本相同，中跨和次中跨跨中横向弯矩基本为零，可知温度作用下主梁伸缩变形引起的横向弯矩与支座水平错位变形引起的弯矩形式相同；模型二主梁横向弯矩基本为零，模型二支座布置可以很好地消除温度作用引起地横向弯矩。对比图5和图7可以发现，系统温度作用下导致的主梁横向弯矩基本与恒载作用下导致的主梁竖向弯矩大小相同，对主梁受力非常不利，设计中必须消除。

图5　梯度温度作用下模型横向弯矩Mz图

图6　梯度升温作用下模型横向弯矩Mz图

图7　恒载作用下模型竖向弯矩My图

综上可知，对于常规支座设置的折线斜梁桥，在恒载和集中荷载作用下，主梁支座钝角位置支反力过大，锐角位置支反力过小，导致支座脱空；在温度作用下，主梁自由伸缩受到支座的约束，导致支座承受较大水平反力和正负竖向反力，使主梁产生较大的横向弯矩，这些都必须在设计中注意。这些不利受力因素可以通过调正支座偏心、释放支座约束和调整支座布置予以消除。

5　结语

本文以景观人行天桥为工程背景，简要介绍了工程设计，通过对比模型分析得出如下结论：

1）在温度作用下，支座常规设置的折线斜梁桥每个墩顶水平反力Fy形成的力偶和中间桥墩水平反力Fx形成力偶相互平衡，墩顶支座承受正负竖向反力，其中系统温度下，墩顶支座竖向反力形成力偶，主梁内不存在扭矩。

2）对于支座常规设置的折线斜梁桥，在均布荷载和集中荷载作用下，主梁钝角位置支反力过大，锐角位置支座反力过小，中间桥墩支座存在脱空现象；在温度荷载作用下，支座承受较大水平反力，主梁承受较大横向弯矩，其中系统温度作用下，横向弯矩和恒载引起的竖向弯矩大小基本相同，对支座、主梁和桥墩受力产生不利影响。本文通过调正支座偏心、释放支座约束和调正支座布置改善支座和主梁受力。

3）与直线斜梁桥相比，斜梁桥空间受力更为明显，钝角位置处2个钝角支反力叠加，锐角位置处2个锐角支反力叠加，使得钝角位置支反力更大，锐角位置支反力更小，支座更容易脱空；在温度荷载作用下，斜梁桥支座设置不当，支座承受较大的水平分力，导致主梁和桥墩承受较大横向弯矩，工程设计中必须予以注意。

【1】孙江胜.多梁式连续斜梁桥静力特性分析[J].桥梁建设,2007(5): 42-45.

【2】刘正旭，张永健，康晋.连续斜梁桥结构特性研究[J].湘潭大学自然学报，2010(3)：42-44

【3】郑雄飞，吴庆雄.多梁式斜梁桥的广义梁格法[J].福州大学学报(自然科学版)，1998(8):86-89.

【4】夏淦,等.截面梯形斜交简支梁的反力特性和计算方法[J].重庆交通学院学报，1999(9):71-78.

【5】《桥梁设计常用数据手册》编写委员会.桥梁设计常用数据手册[K].北京:人民交通出版社，2005.

TheAnalysis of Mechanical Calculation for ContinuousZigzagSkew Bridge

HUANG Xiao-qi,LI Da-hong
(NanchangUrbanPlanningandDesign Institute,Nanchang 330038,China)

In order to study the force characteristic of zigzag skew bridge,the paper,using landscape footbridge as engineering background,briefly introduced the landscape footbridgeengineeringdesignandusedM idasCivil finiteelementsoftware forthemain beam modeling calculations which had compared analyzed the bearings support reaction force and main beam moment to provide a referenceforfuturesim ilarprojectsrelated todesign.

continuouszigzagskew bridge;bearingsetting;supportreactions;footbridge

U448.21

A

1007-9467（2016）11-0072-03

黄筱淇（1990～），男，湖南怀化人，助理工程师，从事桥梁设计与研究。

2016-5-01