趙 麗

(合肥信睦工程建設(shè)有限公司,安徽 合肥 230023)

近年來,彎梁橋因其適應(yīng)地形變化能力強(qiáng)、造型美觀等優(yōu)點(diǎn),在城市高架匝道橋中得到了廣泛的應(yīng)用。由于“彎扭”耦合作用的存在,彎橋受力特性與穩(wěn)定理論比較復(fù)雜,以至于彎橋在實(shí)際使用中往往發(fā)生失穩(wěn)傾覆現(xiàn)象,尤其是采用獨(dú)柱墩單支座的整體式截面連續(xù)彎橋,更容易發(fā)生傾覆事故。因此,本文以某具體連續(xù)彎橋工程為例,結(jié)合《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 3362-2018)(以下簡稱《橋規(guī)》)中規(guī)定的梁橋抗傾覆驗(yàn)算方法,利用“橋博4.0”建立分析模型,對比分析該橋中支點(diǎn)為單支座與雙支座兩種工況下的抗傾覆計(jì)算結(jié)果以及中支點(diǎn)為單支座的工況下,中支點(diǎn)向外弧側(cè)的預(yù)偏心值對其抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)的影響規(guī)律,以期對實(shí)際工程中彎橋抗傾覆設(shè)計(jì)提供一定參考。

1 抗傾覆驗(yàn)算方法

交通運(yùn)輸部頒布的現(xiàn)行《橋規(guī)》中規(guī)定:按作用標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行組合時,整體式截面的梁橋抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)滿足下式要求:

式中:kqf為橫向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù),取kqf=2.5;∑Sbk,i為使上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的效應(yīng)設(shè)計(jì)值;∑Ssk,i為使上部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的效應(yīng)設(shè)計(jì)值。Sbk,i為永久作用下,第i個橋墩處失效支座的支反力標(biāo)準(zhǔn)值與第i個橋墩處失效支座與有效支座的支座中心間距乘積;Ssk,i為在可變作用下,第i個橋墩處失效支座的支反力標(biāo)準(zhǔn)值與第i個橋墩處失效支座與有效支座的支座中心間距乘積。

2 計(jì)算模型

2.1 模型概況

此次采用模型為某試車場高架匝道橋工程,跨徑布置為3×20 m,曲率半徑為30 m,采用鋼筋混凝土單箱雙室整體箱形截面,箱梁梁高1.4 m,底寬6.05 m,全寬8.55 m,懸臂長1.25 m,橫截面如圖1、圖2所示。

圖1 跨中橫截面(單位:cm)

圖2 梁端橫截面(單位:cm)

2.2 有限元模型

利用“橋梁博士4.0”建立上述彎橋的有限元模型,如圖3所示。主梁梁體采用常規(guī)空間混凝土主梁構(gòu)件模板,主梁共劃分為63個計(jì)算單元,每個計(jì)算單元包含 2 個節(jié)點(diǎn),每個節(jié)點(diǎn)考慮沿縱向、豎向、橫向的3個平動自由度和3個轉(zhuǎn)動自由度。

圖3 有限元模型

為研究支座布置形式對其抗傾覆的影響,邊界條件采用兩種形式:

(1)中支點(diǎn)采用單支座支承,邊支點(diǎn)采用雙支座支承;

(2)中支點(diǎn)、邊支點(diǎn)處均采用雙支座支承。

3 計(jì)算結(jié)果及析

(1)邊支點(diǎn)采用雙支座支承,中支點(diǎn)分別采用單支座支承與雙支座支承兩種工況下,彎橋梁抗傾覆效應(yīng)計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 中支點(diǎn)單/雙支座時橋梁抗傾覆計(jì)算結(jié)果

從表1可以看出:孩當(dāng)連續(xù)彎橋中支點(diǎn)采用單支座支承時,內(nèi)弧側(cè)穩(wěn)定效應(yīng)高于外弧側(cè)穩(wěn)定效應(yīng),內(nèi)弧側(cè)抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)大于外弧側(cè)抗傾覆穩(wěn)定系數(shù),且外弧側(cè)抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)小于2.5,不滿足現(xiàn)行《橋規(guī)》中的規(guī)定,橋梁存在向外弧側(cè)傾覆的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)連續(xù)彎橋中支點(diǎn)采用雙支座支承時,內(nèi)弧側(cè)穩(wěn)定效應(yīng)高于外弧側(cè)穩(wěn)定效應(yīng),內(nèi)弧側(cè)抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)大于外弧側(cè)抗傾覆穩(wěn)定系數(shù),旦內(nèi)、外弧側(cè)抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)均大于2.5,均滿足現(xiàn)行《橋規(guī)》中的規(guī)定。連續(xù)彎橋中支點(diǎn)采用雙支座支承時,內(nèi)、外弧側(cè)抗傾覆穩(wěn)定效應(yīng)與抗傾覆系數(shù)均大于中支點(diǎn)采用單支座支承時。

(2)對中支點(diǎn)單點(diǎn)支座進(jìn)行預(yù)偏心設(shè)置,分別給予向外弧側(cè)0 cm、10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、50 cm、60 cm、70 cm、80 cm的預(yù)偏心值。橋梁內(nèi)外側(cè)抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)隨支座預(yù)偏心值的變化規(guī)律如圖4所示。

圖4 抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)

由圖4可知：

(1)當(dāng)支座預(yù)偏心值為0時，彎橋內(nèi)弧側(cè)抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)為4.9，大于規(guī)范值2.5，滿足要求；但是彎橋外弧側(cè)抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)為1.9，小于規(guī)范值2.5，不滿足要求，說明當(dāng)支座預(yù)偏心值為0時，連續(xù)彎梁橋有向外弧側(cè)傾覆的可能性。

(2)隨著支座向外弧側(cè)預(yù)偏心值增大，彎橋內(nèi)弧側(cè)抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)減小，外弧側(cè)抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)增大。當(dāng)支座向外弧側(cè)預(yù)偏心值為58 cm左右時，內(nèi)弧側(cè)穩(wěn)定系數(shù)變化跡線與外弧側(cè)穩(wěn)定系數(shù)變化跡線相交，交點(diǎn)抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)為3.3左右，大于規(guī)范值2.5，此時，彎橋內(nèi)、外弧側(cè)抗傾覆穩(wěn)定效應(yīng)相當(dāng)，且滿足規(guī)范要求。

4 結(jié) 論

本文針對橋跨布置為3×20 m,曲率半徑為30 m的小半徑連續(xù)彎梁橋,采用“橋博4.0”建立計(jì)算模型,對比分析了中支點(diǎn)為單支座與雙支座兩種工況下的抗傾覆結(jié)果以及中支點(diǎn)為單支座的工況下,中支點(diǎn)向外弧側(cè)的預(yù)偏心值對其抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)的影響規(guī)律,得出如下結(jié)論:

(1)在相同曲率半徑相同跨徑的情況下,中支點(diǎn)雙支座的連續(xù)彎橋抗傾覆能力高于中支點(diǎn)單支座的連續(xù)彎橋,因?yàn)殡p支座可以更加有效的分擔(dān)彎橋的支座反力,使支座反力的作用力矩更大,所以雙支座設(shè)置更加穩(wěn)定,也是良好的抗傾覆改善措施。

(2)彎梁橋中支點(diǎn)單點(diǎn)支承向外弧側(cè)設(shè)置預(yù)偏心,能夠有效地調(diào)整梁內(nèi)受力分布,平衡彎梁橋內(nèi)、外弧側(cè)抗傾覆性能,從而整體上提高彎梁橋的抗傾覆穩(wěn)定性。

因此,在實(shí)際工程中,設(shè)計(jì)師在針對連續(xù)彎橋抗傾覆設(shè)計(jì)時,可參照本文分析結(jié)果,合理設(shè)置支座形式,優(yōu)選采用中支點(diǎn)雙支座支承形式;當(dāng)條件受到約束需要采用中支點(diǎn)單支座支承形式時,應(yīng)合理設(shè)置支座的預(yù)偏心值。