多跨斜交现浇箱梁支座布置方式分析

2020-05-05王趁江

山西建筑 2020年9期

王趁江

(珠海市斗门区白藤湖旅游城集团公司，广东珠海 519100)

随着现代交通设施的大力发展，公路、城市立交日益增多，受用道路总体线形的限制，桥梁在跨越河流、道路、站场等障碍物时，随着交通基础设施的建设出现了能够很好的适应地形、改善道路线性，降低工程造价的斜交桥梁。常规的斜交桥通常采用预制简支结构形式，近年来因景观和跨越障碍物的特殊要求，斜交桥梁选用抗弯、抗扭刚度和安全系数高的等截面和变截面现浇箱梁。

1 计算方法

常规的桥梁计算采用的平面杆系模型，但是平面杆系模型计算只能反映出平面受力特性，不能够真实反映出桥梁的空间受力特性，如桥梁的横向受力，支座的空间受力不能反映出来，对于斜交箱梁这种复杂结构需用空间模型计算，如空间实体模型、板壳模型能更好的反映桥梁的实际受力结构，但是工作量比较大，建模过程中模拟不准确容易出错，造成分析失真现象，采用梁格法可避免以上问题，也能反映出结构的受力情况，满足设计需要。

用等效梁格代替桥梁上部结构，将分散在板、梁每一区段内的弯曲刚度和抗扭刚度集中于最邻近的等效梁格内，实际结构的纵向刚度集中于纵向梁格构件内，横向刚度集中于横向梁格内。理想的刚度等效原则是：当原型实际结构和对应的等效梁格承受相同的荷载时，两者的挠曲将是恒等的，并且每一梁格内的弯矩、剪力和扭矩等于该梁格所代表的实际结构部分的内力。由于实际结构和梁格体系在结构特性上的差异，这种等效只是近似的，但对一般的设计，梁格法的计算精度是足够的。在划分纵梁时,确保纵梁的中性轴在同一高度。截面划分、截面的抗弯刚度等效、抗扭刚度等效以及剪切面积的调整见文献[1]。

2 实例分析

某公路和高铁红岛存车场存在立体交叉，应规划要求拆除原公路后和存车场同步实施，公路与高铁红岛存车场交叉角度为70°，新建一座分离式立交上跨存车场，桥长1 227.1 m，单幅桥梁宽度为18.75 m，桥面全宽38 m。桥梁引桥部分采用35 m跨径的小箱梁，跨越高铁存车场及高铁线部分采用预应力混凝土箱梁，跨径组合为44 m+60 m+44 m变截面连续箱梁、40 m+40 m及42 m+42 m等截面连续箱梁、40 m+60 m+60 m+40 m变截面连续箱梁，等截面部分采用梁高为2.4 m单箱三室箱梁，变截面部分采用梁高为2.4 m～3.7 m单箱三室箱梁，箱梁悬臂长度为2.5 m，支座间距6.5 m。桥墩高度14 m～17.5 m。本文采用MIDAS对本立交的对荷载影响下的斜交箱梁支座受力进行分析。

2.1 支座布置方式

本次分析支座的布置方式采用两种，一种方式为常用的正交现浇箱梁的布置方式(见图1)，另外一种为计算分析后支座布置方式(见图2)。

支座的空间坐标为dx(顺桥向)、dy(横桥向)、dz(竖向)，其中在后面支座约束表达中，1为约束支座方向，0为释放支座约束方向。

2.2 计算分析

通过建立MIDAS计算模型，斜桥由于平行四边形的平面形状，其支承活动方向比正交桥梁复杂。如果某一端点布置成固定支座，则全桥可以看成围绕这一点缩放的圆板中的一部分。要使斜桥能自由变形，每个支承的活动防线必须通过该点，而每个支承固定的方向必须垂直于支承点与该点的连线。若支座的布置方式和正交桥梁布置方式一样，在荷载作用下存在固定支撑墩处不同支点截面存在变形不协调现象，造成支座纵向固定方向出现很大水平力，对桥墩或支座存在一定程度破坏风险。

表1 标准组合不同支撑模式下支反力汇总表

通过计算分析分别对42 m+42 m,44 m+60 m+44 m,40 m+60 m+60 m+40 m三种不同跨径，两种支撑方式下，水平力最大荷载标准组合情况下的支反力见表1。

通过表1可以看出，支座布置方式1的设置三种跨径的支座，在固定墩两个支座分别交替出现顺桥向方向相反的1 800 kN左右的水平力和200 kN～650 kN左右水平力，一般情况下选用的支座为水平承载力为竖向承载力的10%～15%，那么这就可以看出，固定墩处支座完全可以承受荷载变形引起的水平力和制动力之和，那么这些水平力通过支座完全传递到了桥墩和桩基部分，使得下部结构承受很大的弯矩，这么大的弯矩作用下，要使得桥墩设计满足规范要求，桥墩的截面就很大，桩基就需要加大截面或增加桩基数量满足荷载要求，并且在荷载作用下，使得固定墩处两个支座承受不断转换的水平力，使得支座的使用寿命大大降低。

通过表1可以看出，支座布置方式2设置三种跨径的支座，桥梁在顺桥向的水平力为0，只是在固定支座和单向支座的横桥向出现比较小的横向水平力，对于支座的和桥墩横向影响非常小，是一种比较合理受力形式，满足设计要求。