曲線梁橋的受力施工特點及設(shè)計方法分析

1、曲線梁橋的受力施工特點及設(shè)計方法分析 推薦了曲線梁橋的力學(xué)特性，結(jié)構(gòu)分析及應(yīng)留意的幾點問題，施工特性及設(shè)計方法。 近年來，隨著大路建設(shè)事業(yè)的迅速進展，涉及到曲線梁的橋梁設(shè)計已經(jīng)越來越多了，以往設(shè)計者肦望通過調(diào)節(jié)路線方案，盡量避免這種結(jié)構(gòu)形式，或因為曲線半徑較大，采用以“直”代“曲”的形式，在橋梁上部（如翼緣、護欄等）舉行曲線調(diào)節(jié)，以期達到與路線線形全都。這些嚴(yán)格意義上說都不是曲線橋。因為受原有地物或地形的限制，一些城市的立交橋梁和交錯工程的橋梁曲線半徑比較小，橋墩基本上要設(shè)在指定位置，這種狀況下只能考慮設(shè)計曲線梁橋。1、曲線梁橋的力學(xué)特性1.1曲線梁的受力狀況曲線梁橋能很好地克服地形、地物的限

2、制，可以讓設(shè)計者較自由地發(fā)揮自己的想象，通過平順、流暢的線條給人以美的享受。但是曲線梁橋的受力比較復(fù)雜。與直線梁相比，曲線梁的受力性能有如下特點：（1）軸向變形與平面內(nèi)彎曲的耦合；（2）豎向撓曲與扭轉(zhuǎn)的耦合；（3）它們與截面畸變的耦合。其中最主要的是撓曲變形和扭改變形的耦合。曲梁在豎向荷載和扭距作用下，都會同時產(chǎn)生彎距和扭距，并互相影響。同時彎道內(nèi)外側(cè)支座反力不等，內(nèi)外側(cè)反力差引起較大的扭距，使梁截面處于“彎-扭”耦合作用狀態(tài)，其截面主拉應(yīng)力比相應(yīng)的直梁橋大得多。故在曲線梁橋中，應(yīng)選用抗扭剛度較大的箱型截面形式。在曲梁中，因為存在較大的扭矩，通常會消失“外梁超載，內(nèi)梁卸載”的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象在小

3、半徑的寬橋中特殊顯然。另外，因為曲梁內(nèi)外側(cè)支座反力有時相差很大，當(dāng)活載偏置時，內(nèi)側(cè)支座甚至?xí)ж摲戳?，倘若支座不能承受拉力，就會消失梁體與支座發(fā)生脫離的現(xiàn)象，通常稱為“支座脫空”。1.2下部橋梁墩臺的受力狀況因為內(nèi)外側(cè)支座反力不相等，使各墩柱所受垂直力消失較大差距。當(dāng)扭矩很大時，倘若設(shè)置了拉壓支座，有些墩柱甚至?xí)Ю?。曲線梁橋下部結(jié)構(gòu)墩頂水平力，除了與直橋一樣，有制動力、溫度力、地震力等以外，還由于彎梁曲率的存在，多了離心力和預(yù)應(yīng)力張拉時產(chǎn)生的徑向力。墩頂水平力的分配十分復(fù)雜。在求溫度零點時，曲線梁橋不能象直橋一樣，只考慮一個方向力的平衡，而務(wù)必考慮兩個方向的平衡；各墩頂處支座的類型和位

4、置不全都，部分支座可能已處于臨界滑移狀態(tài)，其余支座還未達到臨界狀態(tài)；各支座的約束方向以及各墩柱不在同一平面內(nèi)，使得水平力求解十分困難。2、曲線梁橋的結(jié)構(gòu)分析2.1上部結(jié)構(gòu)分析2.1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)方法這種方法沿用桿系系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)方法。首先將彎梁視為一根曲桿，把抗扭支座以贅余扭矩代替，然后按照變形協(xié)調(diào)條件求解未知力。這種方法較容易，比較適用于分析簡支彎梁和等截面且跨內(nèi)為圓弧的窄橋。2.1.2梁格法梁格法是目前最常用的分析彎梁橋的方法。梁格法實質(zhì)是用一個等效的梁格來代替橋梁上部結(jié)構(gòu)，是一種以梁為基本單元的有限元法。這種方法概念明確，簡單理解和使用，也比較簡單操作，計算速度也比較快?，F(xiàn)有的計算曲線梁梁

5、橋軟件，猶如濟高校開辟的“橋梁博士”和廣州阿安畢公司開辟的“3DBSA”，都采用了梁格法。2.1.3空間有限元法空間有限元法是最有效的分析方法。這種方法常采用體單元和殼單元來模擬結(jié)構(gòu)，能計算隨意樣子的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，特殊地，它能針對結(jié)構(gòu)的局部作準(zhǔn)確分析，這是上述兩種計算方法無法做到的。對于一些特別的曲線梁橋，比如非徑向支承的異型橋梁等，采用空間有限元法分析是十分有須要的。此外，倘若要了解曲線梁橋的穩(wěn)定與振動特性，也務(wù)必采用空間有限元法。常用的空間有限元軟件有MIDAS、ANSYS、SAP2000等。采用空間有限元法的缺點是計算工作量較大，在當(dāng)前狀況下，采用這種方法計算，需要付出較多的時光。2.2下部

6、結(jié)構(gòu)分析與直橋相比，曲線梁橋下部結(jié)構(gòu)分析要復(fù)雜得多。在荷載方面，曲線梁橋除了與直橋一樣要承受各種外荷載，如自重、車輛荷載、溫度力、地震力等，還要承受離心力、曲梁內(nèi)預(yù)應(yīng)力索產(chǎn)生的徑向力等；在墩頂水平力的分配方面，因為曲線梁橋不能象直橋一樣，在求溫度零點時不能只考慮一個方向的平衡，而要考慮兩個方向的平衡，求出“不動點（轉(zhuǎn)動中心）”；因為上部結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)作用，各墩的軸力有很大的差異，在決定樁長時要特殊留意這種狀況；此外，因為各支座約束狀況不一樣，也會影響到各墩內(nèi)力的分配。長期以來，人們對曲線梁橋上部結(jié)構(gòu)分析比較重視。就目前的狀況看，有關(guān)曲線梁橋上部結(jié)構(gòu)分析的專著比較多，理論也比較成熟。與上部結(jié)構(gòu)相比，針對曲線梁橋下部結(jié)構(gòu)的研究還不夠深化。3、曲線梁橋設(shè)計應(yīng)留意的幾個問題3.1總體布置在舉行橋梁總體布置時，要考慮兩個方面問題：從結(jié)構(gòu)受力方面，要留意調(diào)節(jié)梁內(nèi)的扭矩分布，控制扭矩峰值，使梁截面以及支座受力較勻稱；從結(jié)構(gòu)變形方面，要留意控制梁端縱橫向變位及翹曲變形，使之符合規(guī)范要求。要得到這些結(jié)果，主要是靠調(diào)節(jié)跨徑搭配和處理邊界條件。3.1.1跨徑的搭配從已建成的橋梁看，梁端內(nèi)側(cè)支座“脫空”現(xiàn)象比較嚴(yán)峻，主要是由于內(nèi)側(cè)支座反力太小甚至消失了負值。所以，我們要使內(nèi)側(cè)支座