基于midas civil 简支变连续弯桥的内力分析

文/ 赵小钢 张小爱

引言

简支梁桥是只有两端支撑在支座上的梁，主要承受正弯矩，结构类型一般为静定结构。它的基本类型分为整体式简支梁桥和装配式简支梁桥。采用装配式的施工方法可以大量节约模板、支架、木材，减少工人数量及劳动强度，缩短项目工期，加快桥梁架设速度。但是从缺点方面来说：1.简支梁桥抗震力较弱，跨中位置处的弯矩较大，致使梁的截面尺寸和自重明显增加，增大了对材料的消耗量；2.随着跨径的增大，为了满足桥梁的承载能力和设计要求，主桥的内力便会随之增大，为了适应这种改变，桥梁的截面得随着跨径的增大而增大，材料的使用量也会增多，材料在经济上就满足不了经济实用。当简支梁的跨度达到由于自重产生的内力大于桥梁结构的承载力的时候，桥梁的承载力就无法满足稳定性的要求，此时简支梁的跨度就不能再进一步的增大了。因此，这种结构形式的桥型一般只用于中、小跨度的桥上。

一般简支梁在桥墩顶衔接处会设置湿接缝进行二次混凝土浇筑或者直接安装金属伸缩缝连接装置，不仅造价成本较高，施工周期长，而且由于结构形式的限制容易发生破坏，导致后期维护成本增高，同时行车的舒适性也大打折扣，容易损环桥面的连续性。

连续梁桥指的是两跨或两跨以上连续的梁桥，结构类型不同于简支梁，可以简化为静不定结构。连续梁在荷载组合作用下，从结构的内力包络图中可以看出，在支点负弯矩对跨中正弯矩的影响作用下，各内力分布比较均匀合理。由于桥面的连续性能好，伸缩缝少，跨中弯矩值比简支梁小，那么可以适当的增大桥梁的跨度。与简支梁相比，连续梁在支座处加大梁高，减小跨中正弯矩，会使得桥梁恒载减小，自重减轻，减少桥墩上的接缝，改善行车条件。但是不利的一面是连续桥梁结构复杂，预应力混凝土桥梁往往要在工费昂贵的支架上现浇，需要的工期长。

桥梁先简支后连续的结构形式主要应用于吊装单个块体重量小于70吨，跨径范围基本在13-50米的桥梁。这种结构是由传统简支箱梁的双排支座变为单排支座的一个过程；临时支座变为永久支座，使得整体结构的更加稳定安全，车辆在行驶过程中舒适性得到了保证。尤其是对于山区桥墩比较高施工条件差的桥梁以及桥上纵坡比较大的桥梁，做成多孔简支变连续，有利于桥梁的整体稳定及桥墩能均匀受力，而且使梁受力明确。这种类型的桥梁同时联合了上面两种梁桥的优点，既有简支梁桥构造简单，施工方便的特点，又有连续梁桥伸缩缝少、行车舒适、刚度大等特点。

在现场施工顺序方面，上、下部结构可以分别独立施工，节省施工的时间，缩短工期，提高经济没效益。桥墩上的支座由两排减少为一排，跨中弯矩也较小，减小了构件尺寸，节约了材料；除了前面两种优点外，又可以去掉桥墩上的伸缩缝，从而有效地避免了行车过程中由于伸缩缝产生的不利影响，结构的整体性增强，提高了行车的舒适性。

近年来，随着钢绞线、锚固体系技术的不断进步，以及其他连接形式技术的不断应用，先简支后连续的桥梁在国内外得到了更大发展。

桥面连续、桥面板连续、普通钢筋混凝土结构连续、预应力钢筋混凝土结构连续这四种结构形式是我国在桥梁工程应用的主要形式：

荷载布置及荷载组合情况

永久荷载

1.结构重力、二期铺装、湿接缝。

2.结构附加重力：桥面铺装、防撞护栏等重量，总重为9.7t/m。

3.支座不均匀沉降10mm。

4.混凝土收缩徐变按照公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62-2004公式计算。

5.预应力为1395MPa。

可变荷载

1.汽车荷载：公路-Ⅰ级。

2.整体温度：取整体升降温+25℃；整体降温-20℃。

结构重要性系数:1.1

荷载组合在进行结构的应力验算时，应采用基本组合，桥梁承载能力极限状态按照下式进行验算：

按照以下荷载组合进行计算

组合一：1.1x(1.1恒载+1.4汽车)

组合二：1.1x(1.1恒载+1.4汽车+1.0基础变位+1.05整体升温（整体降温）+1.05梯度升温（梯度降温）)

桥梁分析结果

桥梁跨度分部为30m+30m，总长度60m,单向行车道宽7.5m,2车道，桥面系由8片主梁构成，主梁为T形截面混凝土梁，建立midas离散模型在进行结构计算时，主要的荷载为恒载和活载，如图所示。

简支变连续弯桥结果分析

图1中，基本组合下，最大正弯矩值为3209.6KN·m，最小负弯矩值为-2676.2 KN·m

图2中，基本组合下，最大剪力值为1748.2KN·m，最小值为-1553.3KN·m.

结果比较

由表1的各计算结果可知，相同荷载组合下，纯简支桥梁的主梁跨中最大弯矩比先简支后连续结构的跨中最大弯矩值增大了29.6%；最大剪力值相差3.5%，最小剪力值相差1.21%，剪力值相差比较小；挠度值相差32.30%。

通过观察行车荷载的影响线加载图可以看到沿结构跨度移动的单位载荷的桥梁结构中，引起的内力、位移或反力等的数值（称影响值）随单位载荷作用位置变化的情况，它可以确定结构上移动载荷的最不利位置。

结语

由计算结果可以看出，先简支后连续梁比纯简支梁可以有效减少跨中弯矩的值，并且可以由简支梁的双支座变为单支座，减少桥面伸缩缝，节省材料。相对于简支梁，这种结构相对比较简单，性能又优于传统简支梁，集合了简支梁和连续梁两种结构的优点，且箱体自身强度高，全桥整体性好，承重能力更强，安全系数高，并且因为跨中截面的弯矩减小，根据现场实际工况使得桥梁的跨径可以更大。