曲线连续梁桥单支座预偏心设计研究
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摘要：本文以桥梁中墩采用独柱式点支承的曲线连续梁桥为例,介绍了如何通过设置不同支座的预偏心,来调整梁内扭矩的分布,达到改善弯扭耦合作用、优化曲线连续梁结构受力的目的。
1 支座预偏心设置方法
分析时,独柱式点支承曲线连续梁先按各中间支承没有偏心的情况考虑以便绘出在全部运营荷载,即恒载、活载和预应力荷载作用下全桥的扭矩包络图。
由扭矩包络图确定各跨曲梁最大和最小扭矩的数值和位置,其中绝对值最大的扭矩值作为控制截面,而另一最小扭矩位置作为辅助截面。曲梁的扭矩重分布就是通过各中间支承的预偏心来调整各跨曲梁控制截面和辅助截面处的最大和最小扭矩,使它们最后达到数值上趋于一致而方向相反。
需要注意的是,在调整扭矩分布的同时,也要考虑梁端抗扭支座的反力,尽量使内外侧支座的反力也趋于一致,同时避免在恒载作用以及承载能力组合下出现支座托空的现象。
2 工程实例
2.1 工程概况
本桥为（某）互通匝道桥第三联,上部结构为四跨预应力混凝土连续箱梁,跨径布置为25+2×35+25m,曲线半径为240m。箱梁采用单箱双室构造,梁宽10.5m,梁高1.8m。1#、2#、4#、5#桥墩设有双支座, 3#桥墩为独柱,设固定支座。
2.2 计算模型
采用桥梁结构分析软件MIDAS,建立空间有限元模型进行分析和计算。3#桥墩支座不设偏心时计算结果见表1、表2。
表1 恒载作用下梁单元扭矩及支点反力
表2 承载能力组合下梁单元扭矩及支点反力
3#桥墩支座设5cm偏心时计算结果见表3、表4。
表3 恒载作用下梁单元扭矩及支点反力
表4 承载能力组合下梁单元扭矩及支点反力
3#桥墩支座设15cm偏心时计算结果见表5、表6。
表5 恒载作用下梁单元扭矩及支点反力
表6 承载能力组合下梁单元扭矩及支点反力
表7 恒载作用下梁单元扭矩及支点反力
表8 承载能力组合下梁单元扭矩及支点反力
由以上计算结果可以看到,在中间支承不设偏心时,承载能力组合下2#桥墩处箱梁的最大最小扭矩分别为7871kN.m、-4198kN.m, 4#桥墩处箱梁的最大最小扭矩分别为4362kN.m、-7869kN.m;在设置5cm、15cm预偏心时,两支点处的箱梁扭矩峰值得到了削弱,但相对还不明显;当设置30cm预偏心时,两支点处的箱梁扭矩峰值减少并基本趋于一致,支点反力也较为接近。这样通过调整中间支承的预偏心,达到了使梁内的扭矩重新分布的目的。
3 结语
本文以桥梁中墩采用独柱式点支承的曲线连续梁桥为例,介绍了如何通过设置不同支座的预偏心,来调整梁内扭矩的分布,达到改善弯扭耦合作用、优化曲线连续梁结构受力的目的。同时在这里还需指出,除了支承预偏心外,还可以通过预应力钢束的径向偏心距来消除曲线连续梁内某些截面过大的扭矩。由于支承预偏心相对较小,并不影响到由预应力产生的内力,因此在分析时预应力钢束的径向偏心可以和支承的预偏心分开进行计算,然后将结果叠加。
参考文献
［1］邵容光,夏淦.混凝土弯梁桥［M］.北京:人民交通出版社, 1994.
［2］姚玲森.曲线梁［M］.北京:人民交通出版社, 1994.
［3］李炳威.结构优化设计［M］.北京:人民交通出版社, 1989.