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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
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