何黎 張麗娟

【摘 要】主要研究連續(xù)彎小半徑箱梁橋支座平面布置，從支座形式的選擇、不同支座布置方案恒載作用、性能調(diào)節(jié)等方面，討論了連續(xù)彎小半徑箱梁橋支座平面布置策略，對提高連續(xù)彎小半徑箱梁安全性穩(wěn)定性有著重要的意義。

【關(guān)鍵詞】小半徑箱梁 支座 平面布置

彎箱梁橋有著獨特的受力結(jié)構(gòu)，截面重心線和剪力中心線不重合，載荷作用下會發(fā)生“彎-扭-耦合作用”，梁體內(nèi)外受力不均，在服役年限內(nèi)受到溫差載荷和車輛偏心載荷以及制動力的影響，容易產(chǎn)生橫橋向位移和扭曲，導致很多連續(xù)彎小半徑梁橋發(fā)生了梁體爬移、扭轉(zhuǎn)等問題，縮短了橋梁的使用壽命，可能會造成橋梁伸縮縫發(fā)生嚴重的剪切破壞，支座失效，造成梁體失穩(wěn)，嚴重威脅橋梁的安全性。連續(xù)彎梁橋設計過程中，支座平面布置主要依靠全橋力學計算公式?jīng)Q定，對橋體內(nèi)力分布有著重要影響，設計中需要重點考慮這個問題。

一、支座形式選擇

小半徑彎梁橋彎扭耦合效應導致橋梁支座不僅僅承受豎向支撐約束，還受到主梁扭矩作用，受到外載荷產(chǎn)生橫向水平力的影響，保證梁體橫向和平面內(nèi)穩(wěn)定，所以對支座的結(jié)構(gòu)強度和布置的要求較高。

彎梁橋支座主要有以下幾種常見支座布置方式：

1.兩端點設置雙支座，中間設置鉸支撐。

2.兩端設置雙支座，中間跨設中心鉸支撐，并設置雙支座。

3.兩端點設置雙支座，中間設置偏心鉸支撐。

4.兩端設置抗扭支撐，中間設置偏心支撐。

連續(xù)彎梁橋的中間支座有單支座、雙支座兩種，布置支座時，如果兩端均設置雙支座，中間墩設置單支座，單支座無法傳遞主梁扭矩到基礎(chǔ)，連續(xù)梁形成了全橋的扭轉(zhuǎn)跨度，在梁端出現(xiàn)最大扭矩。為了控制梁體扭矩，可將單支座設置為偏心結(jié)構(gòu)，將單支座中心偏移到曲線外側(cè)，單支座產(chǎn)生的反力會抵消一部分偏心力矩，降低梁端的扭矩峰值。

偏心單支座預偏心量的設置是降低扭矩峰值的關(guān)鍵，根據(jù)工程經(jīng)驗，認為彎橋抗扭圖面積絕對值之和最小時預偏心值比較理想，但是也有研究人員持不同意見。與此同時，梁體的扭轉(zhuǎn)變形也需要重點考慮，通過調(diào)整墩柱支撐位置，將恒載下的扭轉(zhuǎn)變形降至最低，并且梁體支座位置不能脫空，維持梁體在一個平衡狀態(tài)。設計預偏心量時，需要調(diào)整墩柱偏心，獲得曲線梁恒載下的扭矩值，控制截面扭轉(zhuǎn)角，讓支點和跨中截面扭轉(zhuǎn)角度數(shù)值上盡量接近，獲得雙支座內(nèi)外側(cè)支座大小盡量相等的支反力，調(diào)整主梁維持在一個理想的平衡態(tài)。

二、不同支座布置方案恒載作用計算

（一）扭轉(zhuǎn)變形

中間橋墩有雙支座和單支座兩種形式，設置不同的中間橋墩外徑偏移距離，計算主梁內(nèi)外側(cè)撓度和主梁內(nèi)外側(cè)撓度：

通過計算，發(fā)現(xiàn)偏移量相同情況下，雙支座的內(nèi)外側(cè)撓度差值小于單支座，然而跨中撓度使用雙單支座時變化量很小，所以可以認為，設置雙支座能夠顯著改善跨中扭矩，但是不會對中跨跨中彎矩產(chǎn)生較大影響。

相同支座類型情況下，主梁內(nèi)外側(cè)撓度差和徑向外偏成正比，但是不同斜率情況下，偏移量越大，不同支座類型支座對主梁內(nèi)外側(cè)撓度差影響非常大，單支座通過設置合理的預偏量能夠獲得接近雙支座的效果，然而小半徑彎橋考慮更多的是徑向穩(wěn)定性以及制作徑偏值，所以，應該選用雙支座形式。

（二）支座反力

同樣比較雙支座和單支座兩種中間橋墩形式，鋼墩底支座反力為恒載值減去支座反力，根據(jù)計算成果，發(fā)現(xiàn)不同支承方式、不同偏移工礦下，支座內(nèi)外側(cè)支反力總和基本恒定，而內(nèi)外側(cè)支反力的分配會隨著工礦不同而發(fā)生變化。

中間橋墩設置為雙支座，內(nèi)外側(cè)支反力之和維持不變，和設置偏移量的單支座支反力相同，但是應該注意到單支座受到不同徑向偏移時支反力變化線為平直線，反力值相對穩(wěn)定，中間橋墩雙支座徑向外移內(nèi)側(cè)支座和外側(cè)支座反力逐漸趨于平衡，表明小半徑箱梁橋選擇雙支座形式，并設置一定徑向位移，能夠獲得比較有利的反力情況。

（三）自振特性

同一支座類型不同偏移工礦下，結(jié)構(gòu)的自振頻率基本恒定，同一種支承形式下，支座徑偏距離不會對結(jié)構(gòu)剛度產(chǎn)生較大影響。不同偏移工礦下，不同支座類型的自振頻率有較大不同，后階自振頻率差值較小。不同支座類型相同徑偏距離時同階自振頻率誤差基本恒定，使用雙支座，結(jié)構(gòu)的自振頻率要高于單支座。

（四）恒載、汽車載荷作用

比較單支座、雙支座形式在不同中間橋墩支座外徑向偏移距離下的汽車載荷和恒載布置，結(jié)果如下：

梁中段內(nèi)外側(cè)撓度差能夠直接反應主梁扭矩大小，單支座不設置徑向偏移，最不利工況下內(nèi)外側(cè)撓度差較大，但是徑向外偏線線性變化相當于外加扭矩線性變化，主梁內(nèi)外撓度差變化也為線性。雙支座中間橋墩能夠減小主梁內(nèi)外側(cè)撓度和內(nèi)外側(cè)撓度差。所以雙支座能夠有效降低支座位置的扭矩，支座徑向偏移產(chǎn)生的扭曲作用更加平緩。

三、調(diào)整支座平面布置性能的設計措施

爬移問題是彎梁在使用過程中產(chǎn)生的橫向位移，但是除了橫向位移之外，彎梁還會發(fā)生扭轉(zhuǎn)，彎梁橫向各點徑向位移存在差異，需要采取有效措施進行處理。

（一）選擇合適支座平面

使用圓心角表示彎梁彎曲程度。曲率半徑不同的連續(xù)彎箱梁橋梁合理支座平面布置方案也是不同的。曲率半徑較小時為了提高全橋整體穩(wěn)定性，除了中間墩，其余墩需要設置軸約束，能夠有效降低徑向位移，特別是彎梁的橫向扭轉(zhuǎn)。曲率半徑較大時彎梁的受力特性基本相當于直線橋梁，橋軸線截面徑向位移較小并且基本接近，降低了彎箱梁體體系溫差作用造成的徑向位移和橫向扭轉(zhuǎn)，避免了彎梁橫向各點徑向位移差異。

（二）抗爬移擋塊

彎箱梁橋服役過程中在溫差荷載和車輛載荷作用下，會發(fā)生梁體側(cè)向位移。梁體之間的摩擦力是支座對梁體的徑向約束的主要來源，該摩擦力導致梁體徑向位移不能完全恢復，積累作用會消除梁體的穩(wěn)定性。為了消除不安全因素，合理設置支座的同時，也可以設置一些特殊構(gòu)造，例如在彎箱梁端設置側(cè)向限位擋塊，可以限制梁端徑向位移，有效阻止支座和伸縮縫破壞。

（三）提高彎箱梁抗扭能力

提高抗彎梁抗扭能力能夠顯著提高橋梁的安全性，在梯度溫度、梁體自重和車輛載荷等的綜合影響下，梁體扭轉(zhuǎn)變形賦值較小。條件允許情況下，連續(xù)彎箱梁全橋設置抗扭支座能夠顯著提高橋梁抗扭能力。在特殊情況下，可以選擇輕盈、美觀的獨柱墩支承，調(diào)整支座平面，獲得更高的抗扭能力。

【結(jié)束語】支座平面布置影響到連續(xù)箱梁橋抗爬移能力，對橋梁整體結(jié)構(gòu)力學傳遞模式和計算圖示非常關(guān)鍵，是獲得橋梁更合理受力形式的主要設計措施。

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