摘要：隨著高速公路的飛速發(fā)展，公路網(wǎng)中的大型立交橋日益增多，由此產(chǎn)生的曲線橋梁成為其中一種重要的橋梁，箱形截面具有抗扭剛度大、整體性好的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)曲線橋梁有著較強(qiáng)的適應(yīng)性，因此成為立交橋中普遍使用的一種結(jié)構(gòu)形式，本文就小半徑曲線橋的結(jié)構(gòu)分析做一些總結(jié)。
　　一、概述
　　小半徑彎箱梁在荷載作用下會(huì)同時(shí)產(chǎn)生彎矩和扭矩，在彎扭耦合作用下，使其受力不同于直線橋，內(nèi)力和變形比較復(fù)雜，內(nèi)外梁受力很不均勻，尤其是在寬橋及斜交橋的情況下差異更大，并且內(nèi)外側(cè)的梁支點(diǎn)反力很不平衡，在活載的作用下會(huì)出現(xiàn)梁體和支座脫離，即平時(shí)所說的“支座脫空”現(xiàn)象。由此，小半徑曲線橋梁在受力分析上就不能按通常的直線橋和平面桿系進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，目前分析此類橋梁有幾類：1、純扭轉(zhuǎn)理論，是將實(shí)際結(jié)構(gòu)作為曲線彈性桿件，橫截面無翹曲、無畸變，橫截面的剪切中心軸線與曲梁截面的形心軸線重合；2、翹曲扭轉(zhuǎn)理論，是對(duì)于薄壁結(jié)構(gòu)而言，翹曲效應(yīng)明顯，考慮翹曲扭轉(zhuǎn)，使得結(jié)構(gòu)分析變得十分復(fù)雜；3、有限元法，將整個(gè)截面劃分成很多有限空間單元，可以很精確的得到箱形截面上每點(diǎn)的全部應(yīng)力，但計(jì)算工作量很大；4、梁格分析法，用一個(gè)等效的梁格體系模擬上部結(jié)構(gòu)[3]。通過幾種比較，從實(shí)用和計(jì)算精確度考慮，通�，F(xiàn)在采用梁格分析方法，其基本計(jì)算原理是用一系列相互交叉的縱向單元和橫向連接單元組成平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在相同的荷載作用下，梁格模型和它所模擬的箱梁具有相同的變形，每個(gè)梁單元的內(nèi)力就是它所代表的那部分梁體應(yīng)力的積分[2]。梁格法是一種既有相當(dāng)精度又比較容易實(shí)現(xiàn)的方法。
　　二、梁格法實(shí)例應(yīng)用
　　1、項(xiàng)目總體
　　一立交匝道橋，上跨一主線及一條匝道，橋型布置圖如圖1。全橋分兩聯(lián)，橋跨布置為（30+35+30）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)彎箱梁+3x20m鋼筋混凝土連續(xù)彎箱梁。全橋平面位于R=150m的圓曲線上。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：1.設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100年；2.設(shè)計(jì)汽車荷載：公路I級(jí)；3.設(shè)計(jì)速度：60公里/小時(shí)；4.行車道寬度：1×凈—9.5米；5.抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)：地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35s，地震動(dòng)峰值加速度小于0.05g，地震基本烈度小于Ⅵ度；6.設(shè)計(jì)溫度：本橋位區(qū)極端最高氣溫為33.2℃，極端最低氣溫為-9.7℃，年平均氣溫15℃。
　　
　　圖1橋型布置圖（cm）
　　上部結(jié)構(gòu)為1.9m等高單箱雙室斷面，頂?shù)酌鏅M坡與路面橫坡一致。箱梁頂部寬度與路基同寬為10.5m，底寬6.5m，跨中腹板寬度0.5m，第一（二）聯(lián)腹板在支座位置附近由0.5m漸變?yōu)?.8（0.7）m。頂?shù)装搴穸葹?.25m，局部加強(qiáng)。在支座處設(shè)橫梁。第一聯(lián)每跨跨中設(shè)置兩道橫隔板，第二聯(lián)每跨跨中設(shè)置一道橫隔板。每個(gè)墩臺(tái)頂均按雙支座設(shè)計(jì)。箱梁典型橫斷面如圖2。
　　
　　圖2箱梁典型橫斷面（單位cm）
　　橋梁結(jié)構(gòu)體系為結(jié)構(gòu)連續(xù)，第一聯(lián)按部分預(yù)應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件設(shè)計(jì)，第二聯(lián)按鋼筋混凝土構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于受篇幅所限，本文僅對(duì)第一聯(lián)，即部分預(yù)應(yīng)力混凝土這聯(lián)進(jìn)行計(jì)算分析。
　　2、箱梁梁格模型建立原則
　　（1）梁格縱梁劃分為3個(gè)縱梁，其截面形心高度位置盡量與箱梁整體截面的形心高度一致，縱梁中心與原結(jié)構(gòu)梁肋中心重合�？v梁的單元長度05～1.5m，在支撐、跨中橫隔板中心處、連續(xù)墩頂橫梁處均設(shè)置節(jié)點(diǎn)，以保證結(jié)構(gòu)模型與實(shí)際一致。
　�。�2）橫梁在有橫隔板和橫梁處按實(shí)際大小進(jìn)行設(shè)置，其它地方均按上下頂?shù)装搴穸认嗟木匦谓孛婕幼鳛闄M梁的高度，采用這種處理，主要是減少截面剛度計(jì)算工作量，減小了縱梁之間的橫向聯(lián)系，其結(jié)果偏安全。橫向?qū)挾炔捎脵M梁左右縱梁單元寬度的一半之和。
　�。�3）由于彎橋的內(nèi)外側(cè)支座受力很不平衡，為方便調(diào)整支座的反力，人為在支撐處的橫向桿件上設(shè)置幾個(gè)橫梁單元。本橋支座中心按向外側(cè)預(yù)偏20cm進(jìn)行設(shè)置。
　　采用以上原則，全橋劃分縱橫單元共488個(gè)單元，其中縱梁單元282個(gè)，橫梁單元206個(gè)，節(jié)點(diǎn)301個(gè)。全橋梁格模型如圖3。
　　
　　圖3全橋梁格模型
　　3、計(jì)算參數(shù)
　　a、預(yù)應(yīng)力布置按全截面對(duì)稱布置，采用Φ15.20mm預(yù)應(yīng)力低松馳鋼絞線，抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為fpk=1860MPa，彈性模量E=1.95×105MPa，鋼束大小采用15-12、15-10兩種。
　　b、C50混凝土：重力密度γ=26.0kN/m3，彈性模量EC=3.45×104MPa。
　　c、C30混凝土：重力密度γ=25.0kN/m3，彈性模量EC=3.00×104MPa。
　　d、瀝青混凝土：重力密度γ=23.0kN/m3。
　　e、錨具：錨具變形、鋼筋回縮按6mm（一端）計(jì)算；塑料波紋管摩阻系數(shù)μ=0.17，偏差系數(shù)k=0.0015。
　　f、均勻溫升溫降分別按20℃取值；豎向梯度溫度效應(yīng)：按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60－2004）規(guī)定取值。
　　g、支座不均勻沉降：Δ=3mm。
　　h、設(shè)計(jì)考慮的施工方法為滿堂支架整體現(xiàn)澆施工，支架搭滿一聯(lián)進(jìn)行現(xiàn)澆。
　　4、結(jié)構(gòu)分析
　　①施工階段
　　a、全聯(lián)澆筑并張拉鋼束應(yīng)力圖如圖4，圖中左側(cè)三跨為內(nèi)邊梁，中間三跨中梁，右側(cè)三跨為外邊梁，以下同。上緣：內(nèi)邊梁最大9.1MPa，最小4.0MPa；中梁最大10.2MPa，最小4.0MPa；外邊梁最大8.7MPa，最小4.2MPa。下緣：內(nèi)邊梁最大8.8MPa，最小1.8MPa；中梁最大8.7MPa，最小2.1MPa；外邊梁最大8.6MPa，最小2.2MPa。
　　
　　圖4全聯(lián)澆筑完畢并張拉鋼束應(yīng)力圖（單位：MPa）
　　b、全橋二期恒載加載完畢應(yīng)力圖如圖5。上緣：內(nèi)邊梁最大7.6MPa，最小4.0MPa；中梁最大8.7MPa，最小3.9MPa；外邊梁最大7.4MPa，最小4.1MPa。下緣：內(nèi)邊梁最大7.7MPa，最小2.9MPa；中梁最大7.6MPa，最小3.5MPa；外邊梁最大7.6MPa，最小3.3MPa。

　　圖5全橋二期恒載加載完畢應(yīng)力圖（單位：MPa）
　�、谑褂秒A段
　　a、持久狀況承載力極限狀態(tài)最大正彎矩及抗力如圖6，圖中上緣的數(shù)據(jù)為承載力極限狀態(tài)組合的最大正彎矩值，下緣為抗力值。最大負(fù)彎矩及抗力如圖7，圖中下緣數(shù)據(jù)為承載力極限狀態(tài)組合的最大負(fù)彎矩值，上緣為抗力值。
　　
　　圖6承載力極限狀態(tài)最正大彎矩及抗力（單位：KN）

　　圖7承載力極限狀態(tài)最大負(fù)彎矩及抗力（單位：KN）
　　b、荷載長期效應(yīng)組合應(yīng)力圖如圖8，上下緣均沒出現(xiàn)拉應(yīng)力。
　　
　　圖8荷載長期效應(yīng)組合應(yīng)力圖
　　c、荷載短期效應(yīng)組合應(yīng)力圖如圖9，上緣：內(nèi)邊梁最小1.4MPa，中梁最小1.4MPa；外邊梁最小1.3MPa。下緣：內(nèi)邊梁最小0.7MPa；中梁最小1.4MPa；外邊梁最小3.3MPa。其對(duì)應(yīng)的內(nèi)邊梁最大主拉應(yīng)力-0.6MPa，中梁最大主拉應(yīng)力-0.4MPa，外邊梁最大主拉應(yīng)力-0.8Mpa。

　　圖9荷載短期效應(yīng)組合應(yīng)力圖
　　d、持久狀況應(yīng)力計(jì)算，其應(yīng)力圖如圖10，上緣：內(nèi)邊梁最大13.3MPa，中梁最大14.2MPa；外邊梁最大13.0MPa。下緣：內(nèi)邊梁最大10.0MPa；中梁最大10.2MPa；外邊梁最大9.9MPa。
　　
　　5、從計(jì)算結(jié)果來看，全橋應(yīng)力和承載力都滿足《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60－2004）的要求[1]，受篇幅所限，其它計(jì)算內(nèi)容從略。
　　三、小結(jié)
　　1、梁格法是目前一種比較容易實(shí)現(xiàn)，精度又能滿足工程需要的分析方法。
　　2、從計(jì)算結(jié)果來看，其內(nèi)邊梁和外邊梁的內(nèi)力有差別，隨著半徑的減小，其差值越來越大，空間效應(yīng)越大。
　　3、支座設(shè)置應(yīng)考慮預(yù)偏，以調(diào)整支撐反力，并設(shè)置墩臺(tái)頂限位塊或采用墩梁固結(jié)方式，限制梁體位移。
　　參考文獻(xiàn)：
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