第三章 變截面高墩曲線(xiàn)連續(xù)剛構(gòu)受力

同濟(jì)大學(xué)申請(qǐng)工學(xué)碩士論文第三章變截面高墩曲線(xiàn)連續(xù)剛構(gòu)受力分析PAGEPAGE26第三章變截面高墩曲線(xiàn)連續(xù)剛構(gòu)受力分析在影響曲線(xiàn)剛構(gòu)橋受力的眾多因素中,曲率的影響是最明顯的。由于曲率的影響，曲線(xiàn)梁橋產(chǎn)生彎扭耦合效應(yīng)，結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，并且產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)、徑向偏位等變形。以前對(duì)曲線(xiàn)梁橋的分析多采用平面梁格或空間桿系程序，并且多是針對(duì)立交匝道上小跨徑簡(jiǎn)支或連續(xù)彎橋，這樣不能反映箱形截面上應(yīng)力的分布規(guī)律，也很難體現(xiàn)彎曲、高墩連續(xù)剛構(gòu)的受力特性。對(duì)曲線(xiàn)連續(xù)剛構(gòu)來(lái)說(shuō)，無(wú)論利用支架現(xiàn)澆還是懸臂方式施工，考慮混凝土長(zhǎng)期徐變后結(jié)構(gòu)受力都會(huì)趨近于一次落架狀態(tài)，因此有必要了解成橋狀態(tài)的曲線(xiàn)剛構(gòu)的受力特性，本章主要分析平面彎曲、高墩對(duì)成橋狀態(tài)下曲線(xiàn)連續(xù)剛構(gòu)的影響。選取曲率半徑分別為100m、300m、620m以及直線(xiàn)橋，墩高考慮為75m、50m、25m等情況下，利用空間板殼有限元分析連續(xù)剛構(gòu)空間位移、應(yīng)力分布規(guī)律。模型跨徑、尺寸布置參考同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系實(shí)施施工監(jiān)控的貓坑溪大橋（三福高速公路），按中心線(xiàn)展開(kāi)跨徑布置為85+150+85m，采用單箱單室截面，箱梁頂寬12.0m,底寬7.0m,兩側(cè)懸臂長(zhǎng)度2.5m。墩頂處梁高9.5m，跨中梁高為2.5m，梁高從根部到跨中采用二次拋物線(xiàn)變化，主梁為50號(hào)混凝土，墩身為40號(hào)混凝土。模型示意如圖3-1：圖3-1計(jì)算模型在有限元模型中，中間兩橋墩墩底設(shè)置為固結(jié)約束，兩端橋臺(tái)處箱梁腹板中心線(xiàn)上各有一豎向約束，不同曲率、墩高的計(jì)算模型，主梁跨徑布置、截面尺寸均相同。3.1平面彎曲對(duì)高墩剛構(gòu)自重變形的影響3.1.1豎向位移比較圖3-275m墩高剛構(gòu)中跨跨中頂板豎向位移圖3-375m墩高剛構(gòu)中跨跨中底板豎向位移圖3-450m墩高剛構(gòu)中跨跨中頂板豎向位移圖3-550m墩高剛構(gòu)中跨跨中底板豎向位移圖3-625m墩高剛構(gòu)中跨跨中頂板豎向位移圖3-725m墩高剛構(gòu)中跨跨中底板豎向位移從圖中可以看出,曲線(xiàn)橋的跨中截面豎向位移要比同跨徑的直線(xiàn)橋大一些，曲率半徑愈小、墩身愈高，相應(yīng)的跨中位移愈大，箱梁內(nèi)外緣高差也增大。在75m墩高情況下，直線(xiàn)橋跨中自重產(chǎn)生的向下?lián)隙燃s為17.3cm，在曲率半徑為300m以上時(shí)（T構(gòu)圓心角以下），跨中撓度略有增加；當(dāng)曲率半徑小于300m時(shí)，跨中撓度增加較快，反映出隨著曲率半徑的減小，結(jié)構(gòu)彎扭耦合特性逐漸突出。從本橋計(jì)算結(jié)果來(lái)看，曲線(xiàn)連續(xù)剛構(gòu)跨中附近主梁外邊緣豎向位移要大于內(nèi)邊緣豎向位移，即梁體在扭矩作用下向曲線(xiàn)外側(cè)扭轉(zhuǎn)，并且隨著曲率的增加，內(nèi)外緣高差逐漸增大，扭轉(zhuǎn)變形趨于明顯。但是對(duì)于曲率半徑在300m以上的連續(xù)剛構(gòu)，和直線(xiàn)橋相比，曲率對(duì)結(jié)構(gòu)豎向變形的增大影響很小，扭轉(zhuǎn)變形也不突出。同時(shí)，隨著墩高的增加，主梁跨中截面的豎向位移有所增加，內(nèi)外緣高差也增大，分析原因在于墩身越高，產(chǎn)生的壓縮變形越大，這時(shí)可以把曲線(xiàn)連續(xù)剛構(gòu)看作一簡(jiǎn)支曲梁，并在曲線(xiàn)剛構(gòu)的兩中間墩處施加一較大的豎向贅余力，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)和豎向變形。3.1.2徑向位移比較泄圖踐3-875電m損墩高連續(xù)剛構(gòu)帥中跨跨中徑向摘位豆移芽變滋椒圖洞3-950撤m薦墩高連續(xù)剛構(gòu)霉中跨跨中徑向盤(pán)位移閑從圖中可以看號(hào)出：曲線(xiàn)連續(xù)柳剛構(gòu)中跨跨中匹附近產(chǎn)生偏向銳平曲線(xiàn)外側(cè)的損徑向偏位，并床且曲率越小、對(duì)墩身越高，徑道向偏位就越大黨。梁體產(chǎn)生徑冒向偏位的原因融在于墩頂部位類(lèi)分配了主梁的狼部分扭矩，產(chǎn)洲生向平曲線(xiàn)內(nèi)濃側(cè)的橫向彎曲裕，并帶動(dòng)了主安梁的徑向偏位裂。貼對(duì)于直線(xiàn)橋，嫩則不存在徑向鍬偏移的問(wèn)題，陣而對(duì)于曲線(xiàn)橋愛(ài)，曲率半徑愈情小，徑向偏位蜻的問(wèn)題愈突出政，這個(gè)問(wèn)題在洽曲線(xiàn)剛構(gòu)懸臂停施工過(guò)程中變歪得愈發(fā)復(fù)雜，茅也是曲線(xiàn)橋線(xiàn)帖形控制的難點(diǎn)吼，有別于一般廚直線(xiàn)橋梁。蛙對(duì)于曲線(xiàn)連續(xù)選剛構(gòu)來(lái)說(shuō)，按俯一次落架分析鋸，自重引起的姓徑向變形是很涂小的，但應(yīng)考圣慮到按成橋售狀態(tài)分析徑向霉偏位是偏不保端守的，原因在啞于成橋狀態(tài)時(shí)虹結(jié)構(gòu)剛度很大妹，施工階段結(jié)們構(gòu)處于靜定體鑒系時(shí)剛度較小雖，結(jié)構(gòu)徑向偏執(zhí)位效應(yīng)會(huì)放大盟，這一問(wèn)題將療在下章分析。攤3限.1.3丟扭轉(zhuǎn)角凡分布比較三圖胖3-10育遙墩揉高呼75論m壞剛構(gòu)頂板內(nèi)外辨緣豎向位移比縫較旗圖啟賞名嫁圖券3-1嫂1聲扭轉(zhuǎn)角分布圖罷（講75虧m集墩高曲線(xiàn)剛構(gòu)舍）神圖兇3-1測(cè)2拿扭轉(zhuǎn)角分布圖針（臘50溜m雹墩高曲線(xiàn)剛構(gòu)案）淋衛(wèi)搏英圖敲3-1地3啦扭轉(zhuǎn)角分布圖口（碑25科m確墩高曲線(xiàn)剛構(gòu)誕）昨在自重作用下點(diǎn)，曲線(xiàn)橋受彎尼扭耦合效應(yīng)影贈(zèng)響，主梁不但鈔產(chǎn)生豎向彎曲巖，而且在扭矩泥作用下產(chǎn)生扭辱轉(zhuǎn)變形。迎圖蒸3-1召0責(zé)～漂1攔3稍顯示了不同墩熱高、不同曲率酷下剛構(gòu)的扭轉(zhuǎn)槐角沿橋縱向的忌變化。從中跨近跨中慌到惑L/糧4銅附近，產(chǎn)生外保側(cè)低內(nèi)側(cè)高的汽扭轉(zhuǎn)角，并在隔跨中為最大扭鑒轉(zhuǎn)角；從主繪跨責(zé)L/飄4冷到邊庭跨降L/圖2腹范圍，為內(nèi)側(cè)三低外側(cè)高的扭駕轉(zhuǎn)角，在墩頂句附近扭轉(zhuǎn)角曲藥線(xiàn)存在極值點(diǎn)磚。但從碌圖位3-親9恒內(nèi)外緣豎向位牢移分布圖來(lái)看礦，雖然墩頂附表近扭轉(zhuǎn)角較大向，但從酷圖趙3-1威0縣可以看出內(nèi)外植緣豎向位移高梯差絕對(duì)值是比窩較小的；跨中忠附近內(nèi)外緣豎尼向位移高差相炊對(duì)較大。對(duì)于檔不同曲率半徑堡的曲線(xiàn)剛構(gòu)來(lái)鄙說(shuō)，扭轉(zhuǎn)角沿棟縱向分布曲恒線(xiàn)是相似的，舍幾乎在同一位澇置出現(xiàn)極值點(diǎn)鉆和轉(zhuǎn)折點(diǎn)，隨冷著曲率的增大站，墩高增加，鏡扭轉(zhuǎn)角的絕對(duì)科值也逐漸增大忠，內(nèi)外弧高差抵趨于明顯。儀對(duì)行于歡75缸m什墩高葉、弦620獄m楊曲率半徑的貓網(wǎng)坑溪大橋，按陽(yáng)一次落架成橋車(chē)分析，中跨跨界中最大扭轉(zhuǎn)角途為裝0.0001最7戶(hù)，內(nèi)外弧高差省約評(píng)為明2.5mm芒,狹其扭轉(zhuǎn)變形相艘對(duì)于豎向變形身可以忽略不計(jì)肚。喝3峽.2咸平面彎曲對(duì)剛薄構(gòu)自重應(yīng)力的什影響鑼圖搖3-1獎(jiǎng)4均～悲1腎7枕為曲線(xiàn)剛虧構(gòu)頑(75m紛)降在自重作用下蚊的正應(yīng)力云圖差：服圖探3-14厚300崗m違半徑下剛構(gòu)頂找板上邊緣正應(yīng)結(jié)力圖（單位踐為求P沒(méi)a帝）腸圖秀3-15瞧620灣m腫半徑下剛構(gòu)頂叨板上邊緣正應(yīng)視力圖（單位踐為允P植a奏）州圖珠3-16紀(jì)300偏m鍵半徑剛構(gòu)底板答下邊緣正應(yīng)力異圖（單位砍為舟P如a聲）模圖允3-17墾620飯m困半徑剛構(gòu)底板澤下邊緣正應(yīng)力助圖（單位勤為置P捷a鉛）艙圖督3-1捷8溫～眼2旗5宮為中跨各截面蜜和墩頂截面處惠頂?shù)装鍛?yīng)力沿跪橋橫向的分布手規(guī)律：謠圖駱3-18愿彼中跨跨中頂板旨正應(yīng)聽(tīng)力腔咱淋委夜衛(wèi)印圖貍3-19中刊中跨跨中底板吧正應(yīng)力慶錫桿圖規(guī)3-20積臘中箏跨練3/鞠8表跨處頂板正應(yīng)稠力使已增刪亂理圖宋3-2份1納中扶跨蛇3/嶄8索跨處底板正應(yīng)默力記圖脖3-22刷老中綿跨房1/畫(huà)4暖跨處頂板正應(yīng)謎力片榨優(yōu)用幕圖禁3-23版躬中駱跨租1/爹4走跨處底板正應(yīng)紹力揀撲圖扇3-24增跪墩頂處箱梁頂解板正應(yīng)潔力曾昌悔杠粘頭圖蕉3-25宅竭墩頂處箱梁底察板正應(yīng)力浙從圖中可以發(fā)夢(mèng)現(xiàn)：能同直線(xiàn)橋一樣籮，變截面曲線(xiàn)罪剛構(gòu)橋中頂板嗎正應(yīng)力從跨中腫向支點(diǎn)由壓應(yīng)擇力逐漸變?yōu)槔w應(yīng)力，所不同好的是，直線(xiàn)橋膠截面正應(yīng)力在槳橫橋向是對(duì)稱(chēng)瘡的，而曲線(xiàn)橋秧由于彎扭耦合屆效應(yīng)的存在，菠截面內(nèi)外側(cè)正迎應(yīng)力有所差別抱，并且曲率愈原大，此應(yīng)力差禍別愈明顯。隆跨中附近頂板點(diǎn)上邊緣正應(yīng)力滔內(nèi)弧一側(cè)較外角弧一側(cè)為大，橫而底板下邊緣以正應(yīng)力內(nèi)弧一魚(yú)側(cè)小于外弧一功側(cè)，反映出跨乒中附近主梁在裂自重作用下蝕內(nèi)側(cè)高外側(cè)低竹的扭轉(zhuǎn)變化的逝影響。孩與直線(xiàn)剛構(gòu)橋尾相比，曲線(xiàn)剛?cè)菢?gòu)橋在相同跨石徑位置處（按像中心線(xiàn)展開(kāi)）婚截面最大拉、鎮(zhèn)壓應(yīng)力絕對(duì)值暫要大一些，表爪現(xiàn)出曲率愈大結(jié)，則截面上最托大拉、壓應(yīng)力葬絕對(duì)值愈大。剛因此在曲線(xiàn)剛柴構(gòu)設(shè)計(jì)中，其埋梁高等尺寸應(yīng)編比相同跨徑的盼直線(xiàn)橋大一些扔，以提供足夠叔的承載力。旱曲線(xiàn)梁橋截面排正應(yīng)力橫向分普布不均勻，并欠且絕對(duì)值大于奉直線(xiàn)橋，應(yīng)在姜設(shè)計(jì)中給予重蜜視。但在高速厭公路常用曲率叮半徑范圍內(nèi)，閱應(yīng)力分布情況醒與直橋相比差陶別不是很大。猜3.鄉(xiāng)3障平面彎曲對(duì)邊汪墩鬧(晝臺(tái)監(jiān))專(zhuān)支撐反力的影充響屬表映3-1方局曲、直剛構(gòu)邊榜墩支座反力比鞏較表就剛構(gòu)墩身高度垮支座位置航半徑揚(yáng)100錢(qián)半徑鏟300測(cè)半徑貫620壯直線(xiàn)箱梁但支撐反力親比例恨支撐反力稠比例行支撐反力狹比例動(dòng)支撐反力乎比例輔75m謙內(nèi)邊支座處2432矮81%槍2769匙94%法2852煎97%虜2944法100%梯外邊支座目3558嗓119%貢3132家106%果3040灶103%移2944耀100%截反力差值障1126埋38%扭363將12%琴188護(hù)6%禽0窩0%胸50m浴內(nèi)邊支座秤2382贏80%寬2731激92%嘆2859藝96%茅2995沫100%看外邊支座商3601售120%貓3234呼108%媽3121著104%榮2995君100%僅反力差值禁1219燈41%眠503荒17%蝕262遠(yuǎn)9%忙0樸0%俯25m桐內(nèi)邊支座刑2322發(fā)78%鑼2719珠90%余2878聾95%暑3055蛇100%詳外邊支座煤3663機(jī)122%衰3301王110%錫3205把105%作3055軍100%壯反力差值壞1341天45%葛582縱19%舞326蔥11%糖0挑0%聰說(shuō)明立：閑1分.靜所有支撐反力畫(huà)均穗以晚K晨N財(cái)為單位披；緩2造.亂計(jì)算比例值均摸相對(duì)于內(nèi)外弧趙支撐反力平均弱值。販由于曲率的影極響，曲線(xiàn)箱梁紛橋的支撐反力帥與直線(xiàn)箱梁橋租不同，在本計(jì)盜算模型條件獻(xiàn)下潮(開(kāi)這時(shí)彎扭剛度擠比、邊主跨徑蹄比一嚷定撐)憐，邊支撐的內(nèi)謙弧支撐反力小意于外弧支撐反煮力，從表中可攜以看出：在常飾規(guī)邊主跨長(zhǎng)比丙例哲(0.56陰)睡情況下，隨著塌剛構(gòu)橋曲率增句大，邊支撐處悄內(nèi)弧反力有卸犬載趨勢(shì)，而外碼弧反力有加載戶(hù)趨勢(shì)，因此內(nèi)屋外側(cè)反力差值腔隨曲率增大有這加大的傾向；鑒而隨著剛構(gòu)墩確身高度的增加鐘，邊支撐反力遠(yuǎn)分布有明顯變呢化，因此在高越墩彎橋計(jì)算支榆反力時(shí)必須考擔(dān)慮高墩的影響撓。扒在常規(guī)曲率半叔徑魯（英R寫(xiě)＝渴60疼0穿以上）、常規(guī)飛墩高今（災(zāi)25m咬）禾情況下，自重總作用下引起的質(zhì)內(nèi)、外弧反力忍與直線(xiàn)橋相比盟有裕5石%購(gòu)左右的差異，鴉在支撐設(shè)計(jì)時(shí)瓣可在直橋基礎(chǔ)乞上考慮略大管于刮1側(cè)的放大系數(shù)。塞但在小曲率半潑徑情況下，內(nèi)尋外弧支座反力等差別比較顯著掉，甚至可能在靠與人群、汽車(chē)羅、溫度等不利兼工況組合下出睜現(xiàn)負(fù)反力，即很支座脫空的情捕況，此時(shí)必須粗謹(jǐn)慎考慮支座皆的設(shè)計(jì)。藥3.罵4男本章小結(jié)壯成橋階段自重芒作用下，曲線(xiàn)你連續(xù)剛構(gòu)跨中碰撓度比相同跨拿徑直線(xiàn)橋的跨牢中撓度大。這零主要是因?yàn)榍t線(xiàn)梁彎扭耦合史的作用，自重啊作用產(chǎn)生的彎鵝矩引起扭矩，適扭矩又使得曲轎線(xiàn)梁跨中彎矩絲增大，從而使中曲線(xiàn)橋產(chǎn)生較辜直線(xiàn)橋大的豎州向位移，并有皂扭角產(chǎn)生。貌成橋階段的自悅重作用下，連蘭續(xù)剛構(gòu)受曲率午影響，產(chǎn)生彎谷扭耦合效應(yīng)，節(jié)內(nèi)外側(cè)腹板應(yīng)攪力存在酒差別，而且截暑面應(yīng)力橫向分座布的不均勻性被和應(yīng)力的均值錫都大于直線(xiàn)箱綁梁。勒高墩對(duì)曲線(xiàn)剛觸構(gòu)的結(jié)構(gòu)變形志有很大影響，絕在曲率半徑、殘跨徑等條件一罵致情況下，墩憲身高度增加，搜結(jié)構(gòu)的豎向變聾形、扭轉(zhuǎn)角均精增大；墩身高挺度增加，其豎炭向壓縮變形也覆增大，其影響復(fù)相當(dāng)于把曲線(xiàn)瀉連續(xù)剛構(gòu)看成礦一等跨徑的簡(jiǎn)前支曲橋，而在職墩身位置施加恥一豎向贅余力倘，由此引起結(jié)籌構(gòu)較大的豎向投、扭轉(zhuǎn)變形。蓬在高速公路主訪(fǎng)線(xiàn)常用曲率半問(wèn)徑范圍