・８６・ 北 方 交 通 ２０１１ 斜支撑下宽横隔粱连续箱粱桥受力分析 张丽娟 （辽宁省公路勘测设计公司，沈阳１１０１６６） 摘要：提出宽横隔梁的设计思路，这种方法与斜横隔梁相比设计和施工都较为方便，受力较为明确。通过不 同的模型建立方式分析了宽横隔梁桥的受力特点，给出了宽横隔梁桥设计应注意的几个问题，供桥梁设计参考。 关键词：连续梁；斜支撑；宽横隔梁；受力分析 中图分类号：Ｕ４４１ ５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７３－６０５２（２０１１）０４－００８６一ｏ５ １概述 高速公路沈阳至桃仙段改扩建工程”项目为背景， 以“下深沟互通式立交Ａ匝道桥”为实例，介绍一种 在桥梁建设中，常常由于桥位处的地形，或 者由于高速公路对线型的要求而将桥梁做成斜交， 体现在桥墩上即同一桥墩对应的墩柱连接线方向与 路线走向成一定交角，同时将墩顶横隔梁沿墩柱连 接线斜向设计。斜交桥虽然有改善线型的优点，但 由于受到斜交角的影响，在竖向荷载作用下弯曲时 新的设计思路，桥墩依然斜向设计，横隔梁正向设 计，为保证桥墩支撑在横隔梁上，需要将横隔梁加 宽，即设计为斜支撑下宽横隔梁连续箱梁桥。本文 通过三种不同的模型建立方式对Ａ匝道桥宽横隔 梁斜支撑下的受力特点进行了分析计算，并针对设 计给出了本文的参考意见。 ２工程实例 会伴随扭转产生，在扭矩荷载作用下扭转时会伴随 弯曲产生，因而弯扭耦合，受力十分复杂。 采用斜横隔梁设计的桥梁，不仅受力复杂，桥梁 设计中通常采用的单梁模型难以对桥梁的受力模式 进行准确的分析计算，施工时的模板制作及钢筋绑 扎更是较为麻烦。鉴于桥梁斜交设计的必要性及斜 横隔梁设计及施工的复杂性，本文以“沈阳至丹东 本桥为某高速公路上的一座匝道桥梁，上部结 构为（２Ｏ＋３２＋３２＋２Ｏ）ｍ预应力混凝土连续箱梁， 由于斜向跨越沈丹高速公路，需要将该桥２号桥墩 斜向设计，斜交角度为７５。，本桥采用宽横隔梁设 计，桥梁平面布置见图１： 沈环两速 ４ 台背墙前缘线 图１ Ａ匝道桥斜交平面布置图 、 ［７］单成林．旧桥加固设计原理及计算示例［Ｍ］．人民交通出版社．２００７． Ｂｒｉｅｆ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｄｅｆｅｃｔｓ ａｎｄ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ Ｍｅａｓｕｒｅｓ ｏｆ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｒｉｇｉｄ Ｆｒａｍｅ Ａｒｃｈ Ｂｒｉｄｇｅ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｃｏｍｍｏｎ ｄｅｆｅｃｔｓ ｏｆ ａ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｒｉｇｉｄ ｆｒａｍｅ ａｒｃｈ ｂｒｉｄｇｅ，ｔｈｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｒｅ ｃｏｒｇｉｒｍｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｉｆｏｒｃｅｍｅｎｔｎ ｅｆｆｅｃｔ ｉｓ ｉｄｅａ１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｒｉｇｉｄ ｆｒａｍｅ ａｒｃｈ ｂｒｉｄｇｅ；Ｄｅｆｅｃｔ；Ｒｅｉｆｏｒｎｃｅｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅ 第４期 张丽娟：斜支撑下宽横隔梁连续箱梁桥受力分析 ・８７・ ３模型建立 格模型和实体模型。为保证斜支撑分析计算结果的 现有桥梁设计中，最常采用的是平面梁单元模 可靠性，本文先采用单梁模型核对正向支撑下的梁 型，即所谓的单梁模型。对于正桥而言，这种方法既 格模型及实体模型，然后修改梁格模型及实体模型 可以得到良好的计算精度，又具有建模方便简单的 的边界条件，进行斜支撑下宽横隔梁连续箱梁桥受 优点。不足之处在于，单梁模型实现２号桥墩对横 力分析。本文建立的梁格模型见图２、图３： 隔梁的斜向支撑比较困难，因此，本文同时建立了梁 各模型正支撑下的计算结果对比如下： 图２ ２号墩顶正支撑下的梁格模型 图３ ２号墩顶斜支撑下的梁格模型 ３．１ 支座反力 一致，实体模型的桥梁刚度稍大，主要原因在于三种 桥梁自重作用下的支座反力，如表ｌ所示： 模型边界条件处理方式的不一致。实体模型支座与 表１ 恒载作用下各模型支座反力对比表（单位：ｋＮ） 梁单元、梁格约束有一点不同，实体模型约束一个区 域，因而导致实体模型相对另外两种模型的桥梁刚 度偏大（更接近实际情况），进而导致位移计算结果 与梁单元支反力相比，梁格模型及实体模型均 偏小，因此，以上三种模型位移计算结果可以接受。 相差６５５ｋＮ（绝对值），差值来源于后两个模型建立 表３ 预应力及恒载作用下各模型位移对比表（单位：ｍｍ） 时对箱梁截面的近似处理，由于相对差值较小，仅为 １．６％，计算结果可以接受。 ３．２主梁弯矩 统计控制截面弯矩如表２所示： 表２ 预应力及恒载作用下 注：各节点代表各跨跨中截面，负值代表位移向下，实体模型没 两种模型弯矩对比表（单位：ｋＮ・ｍ） 有模拟预应力。 恒载 恒载和预应力 ３．４应力 节点号 梁单元 粱格 差值／％ 粱单元 梁格 差值／％ 统计控制截面应力计算结果如表４所示： 表４ 预应力及恒载作用下各模型应力对比表（单位：ＭＰａ） 注：节点号为梁单元跨中及支点对应节点数值，第２、第４行为支点对应 节点，梁格弯矩为控制截砸处各纵粱弯矩之和。 可以看出，梁格模型与梁单元模型在恒载和预 应力作用下的弯矩值吻合较好。 ３．３位移 注：节点号与表２注相同，负值代表受压，…／左右侧分别为箱 统计控制截面位移计算结果如表３所示： 梁顶底板应力。 可以看出，恒载及预应力作用下梁单元和梁格 恒载及预应力作用下，梁单元及梁格模型的应 模型控制截面位移基本一致，实体模型在恒载作用 力计算结果基本一致，实体模型的恒载计算结果偏 下位移偏小，说明梁单元和梁格模型桥梁刚度基本 小，原因在于实体模型的边界条件与前两种模型不 ・８８・ 北 方 交 通 果不显著。 ２０ｌ１ 同，较大的桥梁刚度导致箱梁顶底板的整体应力水 平偏低，三种模型的应力计算结果可以接受。 通过对不同模型支座反力、弯矩、位移及应力计 算结果的对比分析，各种模型相互校核并得到了有 效验证，计算结果有效，三种模型从不同方式较好地 模拟了该桥的受力及变形状态。梁格模型及实体模 型通过改变２号墩顶支座的布置形式，可以进行斜 预应力钢束主要是通过箱梁跨中处下弯和墩顶 处上弯来改善连续梁在恒载作用下的内力状态，同 时使梁内产生一定的压应力储备来适应二期恒载及 活荷载作用。既然２号墩顶边腹板的负弯矩峰值位 置发生变化，是否可以相应调整边腹板内钢束上弯 位置来改善梁体内压应力储备，对该桥计算如表５。 支撑对连续箱梁桥全桥及２号墩顶横隔梁的受力影 响分析。 ４斜支撑分析 以下从不同角度对梁格模型和实体模型的正、 斜支撑对比分析，并得出相应结论如下： （１）经由梁格分析，斜支撑使恒载作用下２号 墩顶箱梁边腹板的负弯矩峰值位置发生变化，如图 ４和图５所示。 可以看出，正支撑下弯矩峰值出现在３３６节点， 而斜支撑作用下，边腹板弯矩峰值随支座位置改变 发生了变化，峰值出现在与斜支撑支座相应的３３．５ 节点。 （２）通过调整两侧边腹板的纵向钢束在２号墩 顶的起弯位置来改善斜支撑对全桥的受力影响，效 表５ 调整钢束前后支点处压应力对比表（单位：ＭＰａ） 节点位置 ．．．．． 节点号 ． ．调整钢束前 调整钢束后 差值 。上缘应力Ｆ￣Ｅ）Ｊ上缘应力下缘应力上缘应力下缘应力 中腹板 ７２ —８．４２５ —２．８ —８．３９５—２．７７ ０．０３ ０．０３ 查望堕堑 兰 ： ： ！ ： ： ！ ：！：！ ： ：！！ ： ： ！ ：！！ 注：以上为预应力和恒载共同作用下部分节点的应力计算结果， 支撑条件为斜支撑，负值代表受压。 由钢束调整前后的应力差值可以看出，调整效 果并不显著，分析原因主要是由于钢束顺桥向调整 上弯位置后，控制截面钢束对截面中性轴力矩改变 不大，同时连续梁还要受到钢束二次矩的负效应影 响，最终导致如表５所示的较小应力差值。考虑到 设计和施工的复杂性，本桥不通过调整钢束上弯位 置来改善边腹板的应力状况。 （３）经由全桥实体分析，斜支撑导致恒载作用 下墩顶及墩底横、纵桥向拉应力及压应力值增大。 梁格计算能较好地分析斜支撑对全桥的受力影 响，但无法考虑对局部横隔梁的影响，分别计算横载 作用下墩顶箱梁顶板应力如图６～图９所示。 譬墓瑟 ■墨豳霸＿－＿■ 图６ 正支撑下墩顶箱梁顶板顺桥向 图７ 斜支撑下墩顶箱梁顶板顺桥向应力图 ・９０・ 北 方 交 通 ２０１１ 顶、底板应力改善效果并不显著以及设计、施工的方 便性，可以不对边腹板钢束进行调整，仍然采用正桥 的配束结果； （２）在宽横隔梁对应的箱梁顶、底板进行普通 钢筋的横、纵向加密，以便克服斜支撑作用下增大的 拉应力及压应力； （３）桥梁方案设计时，应尽可能地减小桥墩斜 交角度及墩柱间距，以减小斜支撑对宽横隔梁的不 图１２ 正支撑下箱梁断面竖向剪应力 利影响； （４）斜支撑导致的箱梁横断面剪应力增大幅度 藩 不大，可以不进行额外处理。 因而，． 与斜横隔梁相比，宽横隔梁桥设计和施工 都较为方便，桥梁受力较为明确，桥梁工程造价增加 不大，在斜交桥方案设计中值得考虑。 参考文献 ［１］项贻强．斜梁桥的结构分析方法综述［Ｊ］．华东公路，１９９１（２）． ［２］席振坤，王京铭，等．连续斜交板桥力学特性的研究［Ｊ］．公路， １９９２（８）． 图１３ 斜支撑下箱梁断面竖向剪应力云图 ［３］刑志成．弯斜桥计算理论与实用计算［Ｍ］．北京：人民交通出版 由表９可以看出，斜支撑作用导致箱梁横断面 社，１９９４． ［４］连续斜梁桥受竖向荷载时的内力近似计算［Ｊ］．公路，２００４（５）． 剪应力增大，由于增大幅度较小，本桥不再进行额外 ［５］张元海，徐若昌．斜交箱梁桥的格子梁模拟分析［Ｊ］．兰州铁道学 处理。 院学报，１９９３（１２）． ５结论 ［６］刘钢城．梁格法在某单箱双室连续箱梁纵向应力分析中的应用 （１）考虑到调整边腹板钢束上弯位置对箱梁 ［Ｊ］．铁道勘测与设计，２００２（５）． Ｆｏｒｃｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｂｏｘ Ｇｉｒｄｅｒ Ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｔｈ Ｗｉｄｅ Ｄｉａｐｈｒａｇｍ ，、Ｂｅａｍ ｕｎｄｅｒ Ｏｂｌｉｑｕｅ Ｂｒａｃｅ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｔｈｏｕｇｈｔ ｆｏｒ ｗｉｄｅ ｄｉａｐｈｒａｇｍ ｂｅａｍ ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｈｔ ｏｂｌｉｑｕｅ ｄｉａｐｈｒａｇｍ ｂｅａｍ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｒｅ ｍｏｒｅ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｏｒｃｅ ｉｓ ｃｌｅａｒｅｒ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｗａｙｓ，ｔｈｅ ｆｏｒｃｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｗｉｄｅ ｄｉａｐｈｒａｇｍ ｂｅａｍ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｎ ｓｏｍｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｔｔｅｎｄｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｗｉｄｅ ｄｉａｐｈｒａｇｍ ｂｅａｍ ｄｅｓｉｎｇ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｂｒｉｄｇｅ ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｂｏｘ ｇｉｒｄｅｒ；Ｏｂｌｉｑｕｅ ｂｒａｃｅ；Ｗｉｄｅ ｄｉａｐｈｒａｇｍ ｂｅａｍ；Ｆｏｒｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ
