多梁式連續(xù)斜梁橋空間特性分析

多梁式連續(xù)斜梁橋空間特性分析

1橋受力特性對(duì)比斜梁橋的力學(xué)特性與正梁橋大不相同。由于斜軸的存在，它的彎曲和扭轉(zhuǎn)是耦合的，結(jié)構(gòu)分析變得復(fù)雜，空間特征變得明顯。已有文獻(xiàn)對(duì)簡(jiǎn)支斜梁橋受力特性的研究較多,而對(duì)多梁式連續(xù)斜梁橋的研究則很少,因此很有必要對(duì)多梁式連續(xù)斜梁橋的受力特性作深入的分析。斜度、橫向聯(lián)系剛度以及支承條件是影響斜梁橋受力特性的幾個(gè)主要因素,本文以龍麗高速公路上某4×35m連續(xù)斜梁橋?yàn)槔?分析斜度、橫向聯(lián)系剛度以及支承條件對(duì)斜梁橋受力特性的影響。2計(jì)算和分析2.1箱梁板放,裝裝設(shè)計(jì)龍麗高速公路上某連續(xù)斜梁橋上部結(jié)構(gòu)采用4×35m先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁,分為2幅,每輻由4片小箱梁組成,斜交角度為45°。箱梁頂板寬2.4m,底板寬1.0m,底板、腹板厚度均為0.18m,橫截面布置見圖1,平面布置見圖2。橋面鋪裝采用9cm厚C40混凝土及10cm厚瀝青混凝土,墩頂處設(shè)置端橫梁。設(shè)計(jì)荷載為公路-Ⅰ級(jí)。2.2橫向分布系數(shù)與多梁式正交梁橋一樣,目前多梁式斜梁橋的實(shí)用計(jì)算方法也是先計(jì)算橫向分布系數(shù),然后按單梁計(jì)算主梁內(nèi)力和變形。但由于斜梁橋很難滿足影響面縱橫向各截面分別相似的要求,因此斜梁橋橫向分布系數(shù)的計(jì)算不能直接套用正交梁橋的計(jì)算方法。當(dāng)前,國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者致力于斜梁橋橫向分布系數(shù)的計(jì)算并提出了廣義彈性支承連續(xù)梁法、廣義剛接梁(板)法等。隨著有限元法的普及,采用通用軟件建立空間分析模型來計(jì)算斜梁橋,不僅簡(jiǎn)便而且可靠,因而逐漸得到推廣應(yīng)用。對(duì)于上述算例,本文采用MIDAS軟件建立空間梁格模型,橫梁與縱梁正交,橫梁寬度為梁格的間距,且不計(jì)自重。2.3計(jì)算結(jié)果和分析2.3.1跨正載布置工況分別采用斜交角為0°、25°及45°三種模型來分析斜度對(duì)斜梁橋受力性能的影響。3種模型中均設(shè)置了端橫梁,且考慮橋面板的作用,即橫梁高度為頂板與混凝土鋪裝層厚度之和,支座采用彈性支承,見圖3。限于篇幅,僅選擇2種有代表性工況,即分別在第1跨偏載布置以及第2跨正載布置3輛300kN軸重的加載車。此時(shí),第1跨及第2跨各片梁的跨中彎矩及撓度,以及1號(hào)墩和2號(hào)墩處的支反力見表1。由表1可見,由于斜支承的存在,斜交梁的跨中彎矩小于相同跨徑的正交梁,跨中撓度也小于相同跨徑的正交梁,斜度越大,彎矩及撓度的折減就越大;斜梁橋的鈍角處豎向反力要大于其銳角處反力,斜度越大,二者的反力差越大;斜梁橋在支座處存在很大的扭矩,斜度越大,扭矩越大,且最大扭矩位于靠近鈍角的內(nèi)梁處;連續(xù)斜梁橋邊墩處也存在較大(絕對(duì)值而言,下同)的負(fù)彎矩,且最大彎矩位于靠近鈍角的內(nèi)梁處,而次邊墩處最大負(fù)彎矩的大小與正交梁的負(fù)彎矩接近。2.3.2跨重加載車結(jié)構(gòu)對(duì)于斜交角為45°的模型,分別討論橋面板參與作用與否以及端橫梁設(shè)置與否,橫向聯(lián)系剛度對(duì)斜梁橋受力性能的影響。模型中支座均采用彈性支承。同樣,在第1跨偏載布置3輛300kN軸重的加載車時(shí),第1跨各片梁的跨中彎矩、撓度以及1號(hào)墩處的支反力見表2;在第2跨正載布置3輛300kN軸重的加載車時(shí),第2跨各片梁的跨中彎矩、撓度以及2號(hào)墩處的支反力見表3。由表2、表3可見,考慮橋面板參與作用或者設(shè)置端橫梁后,結(jié)構(gòu)整體橫向剛度增大。結(jié)構(gòu)整體橫向剛度越大,跨中彎矩及跨中撓度就越小,鈍角支點(diǎn)附近的扭矩及剪力也就越大;而且,相對(duì)中跨而言,端橫梁設(shè)置與否對(duì)邊跨受力的影響更顯著。從力學(xué)角度出發(fā),一方面希望主梁縱向彎矩最小,同時(shí)也希望扭矩或支點(diǎn)剪力盡可能地取得最小值,因此應(yīng)同時(shí)滿足這2個(gè)條件來設(shè)置合理的橫向剛度。2.3.3跨各片梁的受力對(duì)于斜交角為45°的模型,分別采用彈性支承及剛性支承,來分析支承條件對(duì)斜梁橋受力性能的影響。模型中均設(shè)置了端橫梁,且考慮橋面板的作用。同樣,在第1跨偏載布置3輛300kN軸重的加載車時(shí),第1跨各片梁的跨中彎矩、撓度以及1號(hào)墩處的支反力見表4;在第2跨正載布置3輛300kN軸重的加載車時(shí),第2跨各片梁的跨中彎矩、撓度以及2號(hào)墩處的支反力見表5。由表4、表5可見,跨中彎矩、撓度以及支反力對(duì)支承剛度都非常敏感,當(dāng)采用剛性支承時(shí),跨中彎矩和撓度顯著減小,但支承處剪力、扭矩以及最大負(fù)彎矩也顯著增大,支承處反力分布更不均勻,最大剪力和負(fù)彎矩位于鈍角的邊梁處,而最大扭矩位于鈍角的內(nèi)梁處,銳角處甚至出現(xiàn)豎向拉力。3斜梁橋結(jié)構(gòu)布置的設(shè)計(jì)建議通過空間有限元計(jì)算,分析斜度、橫向聯(lián)系剛度以及支承條件等對(duì)多梁式斜梁橋受力特性的影響,可得到如下結(jié)論:(1)斜梁橋的鈍角處豎向反力要大于其銳角處反力,斜度越大,二者的反力差越大;(2)斜梁橋在支座處存在很大的扭矩,斜度越大,扭矩越大,且最大扭矩位于靠近鈍角的內(nèi)梁處;(3)考慮橋面板參與作用或者設(shè)置端橫梁后,結(jié)構(gòu)整體橫向剛度增大,跨中彎矩及跨中撓度就越小,鈍角支點(diǎn)附近的扭矩及剪力也就越大;(4)跨中彎矩、撓度以及支反力對(duì)支承剛度都非常敏感,當(dāng)采用剛性支承時(shí),支承處反力分布較不均勻。鑒于以上分析結(jié)論,提出