第1講 曲線梁橋簡(jiǎn)介

1、1混凝土橋梁（混凝土橋梁（2 2）湖南大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系湖南大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系二二O O一四年一四年 四月四月第二部分：曲線梁橋、斜梁橋及剛架橋第二部分：曲線梁橋、斜梁橋及剛架橋湖南大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程專業(yè)核心課程講義湖南大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程專業(yè)核心課程講義混凝土橋梁（混凝土橋梁（2 2）主主 講：劉志文講：劉志文E-mailE-mail：手手 機(jī)：機(jī)：13975880715139758807152第一講 曲線梁橋定義、分類及應(yīng)用現(xiàn)狀 （4.11，單周） 第二講 曲線梁橋結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)與構(gòu)造 （4.14，雙周）第三講 曲線梁橋結(jié)構(gòu)力學(xué)分析方法 （4.21，4.244.24

2、討論，單周討論，單周）第四講 曲線梁橋結(jié)構(gòu)有限元分析方法單梁法 （4.25，單周）第五講 曲線梁橋結(jié)構(gòu)有限元分析方法梁格法 （4.28，雙周）第六講 曲線梁橋的預(yù)應(yīng)力配筋與構(gòu)造（5.5，5.85.8討論，單周討論，單周）第七講 斜梁橋簡(jiǎn)介（5.9，單周）第八講 斜拉橋近似計(jì)算簡(jiǎn)介（5.12，雙周）第九講 剛架橋簡(jiǎn)介（5.19，5.225.22討論，單周討論，單周）混凝土橋梁（混凝土橋梁（2 2）第二部分課程內(nèi)容目錄）第二部分課程內(nèi)容目錄3上課紀(jì)律要求上課紀(jì)律要求1.按時(shí)上課，認(rèn)真聽講，不遲到；2.自己認(rèn)真、按時(shí)完成作業(yè)，不抄襲；3.計(jì)劃隨機(jī)抽查五次，有三次無故不到者平時(shí)成績(jī)記為零分。4推薦參考

3、書及期刊雜志推薦參考書及期刊雜志1. 邵旭東 橋梁工程（第二版），人民交通出版社，20072. Hiroshi Nakai, Chai Hong Yoo. Analysis and design of Curved Steel Bridges, 19883.劉效堯 趙立成 公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)梁橋，人民交通出版社，20004.姚玲森，曲線梁，人民交通出版社，19895. 邵容光 混凝土彎梁橋，人民交通出版社，19916. 世界橋梁（國外橋梁）7. 橋梁建設(shè)8. Journal of Bridge Engineering9. 中國土木工程學(xué)會(huì)橋梁及結(jié)構(gòu)工程分會(huì)全國橋梁學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（歷屆)，該會(huì)議每

4、兩年舉辦一次。5第一講第一講 曲線梁橋定義、分類及應(yīng)用現(xiàn)狀曲線梁橋定義、分類及應(yīng)用現(xiàn)狀 1.1.教學(xué)目的教學(xué)目的 了解曲線梁橋的基本概念、分類、發(fā)展歷史及應(yīng)用現(xiàn)狀。2.2.教學(xué)任務(wù)教學(xué)任務(wù) （1）曲線梁橋簡(jiǎn)介； （2）曲線梁橋發(fā)展歷史及應(yīng)用現(xiàn)狀； （3）曲線梁橋設(shè)計(jì)現(xiàn)狀； （4）曲線梁橋研究現(xiàn)狀； （5）曲線梁橋典型事故分析。 3.3.課后作業(yè)課后作業(yè) 查閱資料，了解一下國內(nèi)外曲線梁橋工程事故，試分析其發(fā)生原因。6 曲線橋是指主梁軸線在水平面上投影為曲線的橋梁，稱為曲線橋，又稱彎梁橋（Horizontal curved bridge）。曲線梁橋的采用不僅可使道路布置更趨科學(xué)、合理；而且能夠與周

5、圍的環(huán)境協(xié)調(diào)一致，給人以美的享受。在橋梁工程中主要應(yīng)用如立交橋、曲線剛構(gòu)、斜拉橋等。 圖1 立交工程中大量應(yīng)用的曲線梁橋圖2 曲線斜拉橋一、曲線梁橋簡(jiǎn)介一、曲線梁橋簡(jiǎn)介71.1 1.1 曲線梁橋平面形狀曲線梁橋平面形狀一、曲線梁橋簡(jiǎn)介一、曲線梁橋簡(jiǎn)介實(shí)際曲線梁橋平面形狀非常多，基本形式有如下三種：a）平面扇形（正橋，軸線與支承線正交）;b）斜交曲線橋（受力復(fù)雜）;c）斜交曲線橋（受力復(fù)雜）;圖圖3 3 曲線梁橋平面基本形狀曲線梁橋平面基本形狀8實(shí)際曲線梁橋一般由圖1所示的三種基本形狀組合而成，如下圖所示。圖圖4 4 實(shí)際曲線梁橋平面形狀實(shí)際曲線梁橋平面形狀一、曲線梁橋簡(jiǎn)介一、曲線梁橋簡(jiǎn)介91.

6、2 1.2 曲線梁橋主梁截面形式曲線梁橋主梁截面形式一、曲線梁橋簡(jiǎn)介一、曲線梁橋簡(jiǎn)介曲線T（或I）形梁：抗扭剛度?。】古偠刃。∏€梁板格子梁：梁自身抗扭剛度小，但橫梁與T梁形成梁格體系，整體抗扭剛度較大整體抗扭剛度較大。曲線箱梁橋：閉口截面，抗扭剛度大！抗扭剛度大！nidbtI13tdsAId2024小跨度曲線梁橋。小跨度曲線梁橋。跨度較大的曲線梁橋。圖圖5 5 曲線箱梁橋曲線箱梁橋10(c)(b)(a)混凝土箱梁截面鋼-混凝土組合箱梁截面鋼箱梁截面混凝土箱梁截面鋼-混凝土組合箱梁截面鋼箱梁截面混凝土箱梁截面鋼-混凝土組合箱梁截面鋼箱梁截面Concrete deckSteel-concret

7、e deckSteel deck一、曲線梁橋簡(jiǎn)介一、曲線梁橋簡(jiǎn)介 由于曲線梁橋的特殊受力特點(diǎn)，一般跨度較大的曲線梁橋采用箱型斷面。工程實(shí)踐中經(jīng)常采用的箱型斷面類型如下圖所示。圖圖6 6 曲線梁橋常用箱梁斷面圖曲線梁橋常用箱梁斷面圖11圖圖7 7 曲線曲線I I型梁照片型梁照片12圖圖8 8 單箱曲線梁橋照片單箱曲線梁橋照片131.3 1.3 曲線梁橋結(jié)構(gòu)體系曲線梁橋結(jié)構(gòu)體系1 1）簡(jiǎn)支曲線梁橋）簡(jiǎn)支曲線梁橋 受力簡(jiǎn)單，計(jì)算較為簡(jiǎn)單，施工方便！主梁端部存在較大的扭矩，梁端支座易產(chǎn)生負(fù)反力（即上拔力），支座易疲勞！2 2）連續(xù)曲線梁橋）連續(xù)曲線梁橋 受力較為復(fù)雜，需借助有限元方法進(jìn)行分析，施工較方

8、便。受力較為合理，可通過調(diào)整支座預(yù)偏心來調(diào)整主梁扭矩分布，從而改善其受力。需要關(guān)注梁體的變形和支座脫空問題，設(shè)計(jì)合適的支座布置方式十分重要。3 3）曲線連續(xù)剛構(gòu)、曲線斜拉橋）曲線連續(xù)剛構(gòu)、曲線斜拉橋14a curved, two-lane highway bridge with simply supported, composite, plate-girder stringers will be designed. As indicated in the framing plan in Fig. 12.25a, the stringers are concentric and the supp

9、orts and diaphragms are placed radially. Outer girder G 1 spans 90 ft and has a radius of curvature R 1 of 300 ft. Spacing of diaphragms along this span is d 1 = 15 ft. Distance between inner and outer grids G 1 and G 3 is D = 22 ft c to c, and G 2 is midway between them. The typical cross section i

10、n Fig. 12.25b shows a 22-ft-wide roadway flanked by two 3-ft 3-in-wide safety walks.15The articulation of curved bridge decks needs to be considered carefully to avoid problems with unwanted transverse displacements whilst minimizing transverse forces due to restraint. Guidance on the options availa

11、ble is given in SCI P393 and in Guidance Note 1.04. 連續(xù)曲線梁橋合理支座布置方式連續(xù)曲線梁橋合理支座布置方式圖圖9 9 曲線連續(xù)梁橋支座合理布置方案曲線連續(xù)梁橋支座合理布置方案16二、曲線梁橋的發(fā)展歷史及應(yīng)用現(xiàn)狀二、曲線梁橋的發(fā)展歷史及應(yīng)用現(xiàn)狀2.1 2.1 曲線梁橋的發(fā)展原因曲線梁橋的發(fā)展原因 從二十世紀(jì)六十年代開始，曲線梁橋得到了快速的發(fā)展，其主要原因如下：（1 1）公路線形的要求）公路線形的要求 圖圖10 10 立交工程示意圖立交工程示意圖 從從“橋梁決定路線橋梁決定路線”向向“路線路線決定橋梁決定橋梁”的轉(zhuǎn)變。的轉(zhuǎn)變。 隨著城市規(guī)模和

12、高速公路的發(fā)展，城市快速干道與平面街道立體交叉（立交程）越來越多；城市交通量大的平面路口建設(shè)立交工程。在公路的線形設(shè)計(jì)中，一般要優(yōu)先考慮交通工方面的問題來決定路線形狀（出于行車性能考慮）。17 （2 2）節(jié)約空間、造型美觀）節(jié)約空間、造型美觀 曲線梁橋可以節(jié)約建筑空間，且線形優(yōu)美，與傳統(tǒng)“以直代曲”（注：早期曲線梁橋是采用這種方法實(shí)現(xiàn)橋梁的轉(zhuǎn)向，受力本質(zhì)上為直線橋。）的橋梁相比，具有造價(jià)低、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。 （3 3）有限元分析方法的出現(xiàn)）有限元分析方法的出現(xiàn) 曲線梁由于有“彎扭耦合”的受力特點(diǎn)，故在荷載作用下曲線梁的結(jié)構(gòu)分析要比直線橋復(fù)雜的多。在有限元分析方法出現(xiàn)之前，橋梁工程師在進(jìn)行曲線梁

13、橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)無法對(duì)曲線梁橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確分析。 二、曲線梁橋的發(fā)展歷史及應(yīng)用現(xiàn)狀二、曲線梁橋的發(fā)展歷史及應(yīng)用現(xiàn)狀182.2 2.2 曲線梁橋的發(fā)展歷史及特點(diǎn)曲線梁橋的發(fā)展歷史及特點(diǎn) 20世紀(jì)30年代，人們已對(duì)曲線梁橋的有關(guān)問題進(jìn)行了理論分析和研究。這一階段的研究集中在試驗(yàn)研究和理論分析方面，側(cè)重研究曲線梁橋的荷載橫向分配、曲線梁橋支反力分布以及曲線梁橋結(jié)構(gòu)分析實(shí)用方法方面。20世紀(jì)7080年代，國內(nèi)外修建了大量的曲線梁橋。這些橋梁的特點(diǎn)簡(jiǎn)述如下：（1）大多數(shù)采用箱形截面；（2）結(jié)構(gòu)體系較多采用連續(xù)曲線梁體系；（3）跨徑一般在5060米左右；（4）曲率半徑最小為3040米；（5）曲線梁橋結(jié)構(gòu)建筑高

14、度一般較?。唬?）橋?qū)捯话銥?4個(gè)車道；（7）曲線梁橋的施工方法多為現(xiàn)場(chǎng)滿堂支架施工，另外有一部分采用頂推和懸臂施工方法。二、曲線梁橋的發(fā)展歷史及應(yīng)用現(xiàn)狀二、曲線梁橋的發(fā)展歷史及應(yīng)用現(xiàn)狀19三、曲線梁橋設(shè)計(jì)現(xiàn)狀（設(shè)計(jì)規(guī)范介紹）三、曲線梁橋設(shè)計(jì)現(xiàn)狀（設(shè)計(jì)規(guī)范介紹） 曲線梁橋由于存在“彎扭耦合彎扭耦合”特點(diǎn)，使得其力學(xué)特點(diǎn)與直線橋梁存在本質(zhì)的差別，使得曲線梁橋的設(shè)計(jì)具有一定的復(fù)雜性。 目前盡管工程實(shí)踐中已建設(shè)了許多曲線梁橋，但世界各國對(duì)曲線梁橋的設(shè)計(jì)規(guī)范制定工作明顯晚于直線橋?，F(xiàn)就各國規(guī)范關(guān)于曲線梁橋設(shè)計(jì)的規(guī)范進(jìn)行簡(jiǎn)要綜述。 3.1 3.1 美國曲線梁橋設(shè)計(jì)規(guī)范美國曲線梁橋設(shè)計(jì)規(guī)范1980年年，第

15、一次在AASHTO設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)曲線梁橋的設(shè)計(jì)進(jìn)行了專門規(guī)定，AASHTO曲線公路橋梁設(shè)計(jì)指南（AASHTOAASHTOs Guide Specifications for Horizontally Curved Steel Girder Highway Bridges），后分別于1986、1993、2003年進(jìn)行了修訂。20美國美國2003版版AASHTO曲線梁設(shè)計(jì)規(guī)范簡(jiǎn)介曲線梁設(shè)計(jì)規(guī)范簡(jiǎn)介 2003版AASHTO規(guī)范“AASHTO Guide Specification for Horizontally Curved Steel Girder Highway Bridges 2003”分為設(shè)

16、計(jì)篇、施工篇、鋼工字設(shè)計(jì)篇、施工篇、鋼工字梁設(shè)計(jì)示例及附件構(gòu)成梁設(shè)計(jì)示例及附件構(gòu)成。設(shè)計(jì)篇：設(shè)計(jì)篇：設(shè)計(jì)極限狀態(tài)、荷載（恒載、施工荷載、風(fēng)荷載、活載、熱荷載）、結(jié)構(gòu)分析、腹板、剪力連接鍵、支座、I字型梁、閉口箱梁、橫撐、變形、可施工性；施工篇：施工篇：概述、安裝、交通計(jì)劃、鋼結(jié)構(gòu)施工、橋面板；鋼工字梁設(shè)計(jì)示例：鋼工字梁設(shè)計(jì)示例：目標(biāo)、設(shè)計(jì)參數(shù)、鋼結(jié)構(gòu)及施工設(shè)計(jì)、鋼結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)等，具體內(nèi)容參見文獻(xiàn)3。三、曲線梁橋設(shè)計(jì)現(xiàn)狀三、曲線梁橋設(shè)計(jì)現(xiàn)狀213.2 3.2 日本曲線梁橋設(shè)計(jì)規(guī)定日本曲線梁橋設(shè)計(jì)規(guī)定 Japanese Specification for Highway Bridges(日本公路

17、橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范)中關(guān)于曲線梁未做明確規(guī)定。而在Hanshin Express Public Corporatation.（1 1）曲線半徑確定原則之一）曲線半徑確定原則之一超高設(shè)計(jì)原則超高設(shè)計(jì)原則三、曲線梁橋設(shè)計(jì)現(xiàn)狀三、曲線梁橋設(shè)計(jì)現(xiàn)狀22三、曲線梁橋設(shè)計(jì)現(xiàn)狀三、曲線梁橋設(shè)計(jì)現(xiàn)狀23（2 2）曲線半徑確定原則之二）曲線半徑確定原則之二行車視覺凈空行車視覺凈空24（2 2）曲線梁橋類型選擇）曲線梁橋類型選擇 另外，從支座反力設(shè)計(jì)、荷載計(jì)算等角度對(duì)曲線梁橋的設(shè)計(jì)進(jìn)行較為詳細(xì)的規(guī)定。三、曲線梁橋設(shè)計(jì)現(xiàn)狀三、曲線梁橋設(shè)計(jì)現(xiàn)狀25n 加拿大加拿大三、曲線梁橋設(shè)計(jì)現(xiàn)狀三、曲線梁橋設(shè)計(jì)現(xiàn)狀26一、立項(xiàng)依據(jù)一、

18、立項(xiàng)依據(jù)3.3 3.3 中國曲線梁橋設(shè)計(jì)規(guī)定中國曲線梁橋設(shè)計(jì)規(guī)定 我國目前在公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范與鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)曲線梁橋的設(shè)計(jì)均未作明確的規(guī)定。 綜合以上各國關(guān)于曲線梁橋的設(shè)計(jì)的規(guī)定可以看出： 1）由于曲線梁橋結(jié)構(gòu)存在“彎扭耦合”效應(yīng)，各國規(guī)范對(duì)曲線梁橋在何種參數(shù)條件下可以按直線橋進(jìn)行設(shè)計(jì)做了相應(yīng)的規(guī)定，盡管不同國家規(guī)范的具體參數(shù)存在一定的差異； 2）美國AASHTO規(guī)范和FHWA規(guī)范主要針對(duì)鋼曲線梁橋進(jìn)行了較為系統(tǒng)的規(guī)定，對(duì)混凝土曲線梁橋設(shè)計(jì)較少； 3）我國公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范關(guān)于曲線梁橋設(shè)計(jì)的規(guī)定近乎空白。三、曲線梁橋設(shè)計(jì)現(xiàn)狀三、曲線梁橋設(shè)計(jì)現(xiàn)狀27 從1843年圣維

19、南（Barr deSaint Venant）第一次提出曲線梁分析方法以來，關(guān)于曲線梁的研究一直受到關(guān)注，并已有大量的研究文獻(xiàn)。 19141914年第一座曲線梁在德國誕生，是一座鋼桁架鐵路橋年第一座曲線梁在德國誕生，是一座鋼桁架鐵路橋。從20世紀(jì)30年代，人們就已經(jīng)開始對(duì)曲線梁橋的有關(guān)問題進(jìn)行了理論分析和研究。 美國對(duì)曲線梁橋進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析研究則開始于1969年，美國聯(lián)邦公路局 (FHWA)組織美國多所高校對(duì)曲線梁橋進(jìn)行系統(tǒng)研究。美國土木工程協(xié)會(huì)（ASCE）和美國公路運(yùn)輸者協(xié)會(huì)（AASHTO）將關(guān)于曲線梁橋1976年以前的研究成果寫入規(guī)范，第一次對(duì)曲線工字梁的設(shè)計(jì)進(jìn)行了規(guī)范層面的規(guī)定。 四、曲線

20、梁橋研究現(xiàn)狀四、曲線梁橋研究現(xiàn)狀28 早期曲線梁橋的研究集中在曲線梁橋的基本力學(xué)特點(diǎn)、曲線梁橋的荷載橫向分配等問題的研究，通過多年的研究已經(jīng)積累了一定的研究成果。目前關(guān)于曲線梁橋的研究主要集中在如下三個(gè)方面：理論研究及近似分析方法、數(shù)值分析以及試驗(yàn)研究。4.1 4.1 理論研究及近似分析方法理論研究及近似分析方法 理論研究是借助結(jié)構(gòu)力學(xué)中的各種分析方法，基于一定的假定，建立起結(jié)構(gòu)荷載與內(nèi)力、位移關(guān)系的方法。主要的方法有：純扭轉(zhuǎn)理論、翹曲扭轉(zhuǎn)理論；梁格系理論、折板理論、正交異性板理論、梁系理論、板梁組合系理論，國內(nèi)外許多學(xué)者在這方面進(jìn)行了大量的研究。經(jīng)典理論分析方法的主要特點(diǎn)是概念明確，但只能分

21、析非常簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、超靜定次數(shù)比較低的曲線梁結(jié)構(gòu)，幾乎無法直接應(yīng)用于復(fù)雜的工程實(shí)踐中。四、曲線梁橋研究現(xiàn)狀四、曲線梁橋研究現(xiàn)狀29近似分析方法近似分析方法早期：早期：曲線梁按直線梁橋計(jì)算，無法考慮其“彎扭耦合”效應(yīng)的影響，分析精度低；2020世紀(jì)世紀(jì)7070、8080年代年代 V-LOAD方法（該方法是由美國鋼鐵公司于1984年提出，并廣泛應(yīng)用于曲線工字梁橋的近似分析）；M/R方法（對(duì)曲線箱梁橋考慮曲率的影響所建立的一種近似分析方法（Tung and Fountain, 1970）。四、曲線梁橋研究現(xiàn)狀四、曲線梁橋研究現(xiàn)狀304.2 4.2 數(shù)值分析數(shù)值分析 隨著有限單元法的出現(xiàn)以及計(jì)算機(jī)的普及

22、，曲線梁橋結(jié)構(gòu)的數(shù)值分析方法研究逐漸成為曲線梁橋結(jié)構(gòu)研究另一個(gè)重要的方面，數(shù)值方法主要包括有限條法和有限元法兩大類。 1968年張佑啟首先提出了有限條法，其實(shí)它可看作有限元法的特殊形式。由于有限條法的單元?jiǎng)澐质切纬捎幸?guī)則的窄條，因此它們兩者的區(qū)別在于單元的位移函數(shù)不同。從精度和效果來說，有限條法被公認(rèn)為分析規(guī)則結(jié)構(gòu)很有效的方法。 大量的有限元方法：曲線梁?jiǎn)卧Ｊ?、大型有限元分析軟件等。四、曲線梁橋研究現(xiàn)狀四、曲線梁橋研究現(xiàn)狀31 黃劍源、張羅溪等學(xué)者提出的每節(jié)點(diǎn)4個(gè)自由度的薄壁曲梁?jiǎn)卧?張叔輝演引出了一種新的單元，這一單元的每一個(gè)結(jié)點(diǎn)除保留通常的六個(gè) 位移度外，還引入三個(gè)附加的位移自由度，用

23、來考慮截面的翹曲和畸變作 用。 孫廣華在其著作中系統(tǒng)地介紹了鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土曲線梁橋 的計(jì)算，并開發(fā)了相應(yīng)的曲線梁橋結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)程序。 戴公連等則主要應(yīng)用空間梁格法對(duì)曲線梁橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，最后給 出了普通鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土及異形箱梁結(jié)構(gòu)曲線連續(xù)梁橋的計(jì)算 實(shí)例。 劉志文、賀栓海等應(yīng)用曲桿有限單元法建立了曲線梁橋的實(shí)用分析方法， 并編制了曲線梁橋結(jié)構(gòu)分析程序系統(tǒng)CCBS。該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)方 法，利用橫向分布的理論來分析多主梁曲線梁橋的空間受力問題。 四、曲線梁橋研究現(xiàn)狀四、曲線梁橋研究現(xiàn)狀32一、立項(xiàng)依據(jù)一、立項(xiàng)依據(jù)四、曲線梁橋研究現(xiàn)狀四、曲線梁橋研究現(xiàn)狀 D. N

24、evling等采用數(shù)值模擬與實(shí)橋?qū)崪y(cè)相互驗(yàn)證的方法，針對(duì)曲線梁橋的各種分析方法的精度進(jìn)行了系統(tǒng)研究。以某三跨鋼工字梁曲線橋?yàn)槔謩e進(jìn)行了三種分析精度的分析：即水準(zhǔn)即水準(zhǔn)1 1：按AASHTO曲線梁橋設(shè)計(jì)規(guī)范所提供的直線梁分析（a line girder analysis methods）、V-load方法；水準(zhǔn)水準(zhǔn)2 2：應(yīng)用大型商業(yè)有限員分析軟件SAP2000、MDX、DESCUS建立梁格模型進(jìn)行分析（grillage models）；水準(zhǔn)水準(zhǔn)3 3：采用SAP2000、BSD1 3D建立三維（殼或?qū)嶓w單元）有限元模型。 針對(duì)具體的荷載與具體截面位置，將各種分析精度對(duì)應(yīng)的分析結(jié)果分別與現(xiàn)場(chǎng)

25、實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果顯示水準(zhǔn)2精度較好。33 以上關(guān)于曲線梁橋結(jié)構(gòu)分析的研究在一定程度上為曲線梁橋的設(shè)計(jì)提供了參考，但這些研究往往重視分析方法和程序的編制，其通用性較差，特別是要同時(shí)考慮多種影響因素（如溫度效應(yīng)、預(yù)應(yīng)力效應(yīng)以及支座摩擦效應(yīng)等）時(shí)，存在一定的局限性。另外，針對(duì)不同橋型要求橋梁工程師去學(xué)習(xí)、應(yīng)用不同的結(jié)構(gòu)分析軟件，在一定程度上增大了這種軟件的推廣難度。 隨著大型有限元分析軟件在橋梁工程師中的普及，如隨著大型有限元分析軟件在橋梁工程師中的普及，如ANSYSANSYS、ABAQUSABAQUS等軟件在結(jié)構(gòu)分析領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，如何在現(xiàn)有大型軟件平臺(tái)的基礎(chǔ)上，等軟件在結(jié)構(gòu)分析領(lǐng)域的廣泛應(yīng)

26、用，如何在現(xiàn)有大型軟件平臺(tái)的基礎(chǔ)上，建立合適的有限元模型，并針對(duì)工程實(shí)踐中常用一些橋梁進(jìn)行研究，總建立合適的有限元模型，并針對(duì)工程實(shí)踐中常用一些橋梁進(jìn)行研究，總結(jié)不同參數(shù)變化對(duì)曲線梁橋結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響規(guī)律對(duì)于曲線梁橋結(jié)構(gòu)結(jié)不同參數(shù)變化對(duì)曲線梁橋結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響規(guī)律對(duì)于曲線梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言是十分重要的設(shè)計(jì)而言是十分重要的。 四、曲線梁橋研究現(xiàn)狀四、曲線梁橋研究現(xiàn)狀344.3 4.3 試驗(yàn)研究試驗(yàn)研究 曲線梁橋試驗(yàn)研究方面，一般是以模型試驗(yàn)為主，實(shí)橋?qū)嶒?yàn)為輔，并同時(shí)與數(shù)值分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。 美國聯(lián)邦公路局從1992年開始，就針對(duì)曲線鋼橋曲線鋼橋設(shè)立專門課題進(jìn)行研究，其最為重要的研究目標(biāo)就是：跟

27、好地了解這類橋梁結(jié)構(gòu)的基基本力學(xué)行為本力學(xué)行為。具體研究?jī)?nèi)容包括： 1）曲線鋼梁橋結(jié)構(gòu)理論分析； 2）曲線鋼梁橋橋線性、非線性數(shù)值分析； 3）曲線鋼工字梁模型試驗(yàn)與實(shí)橋試驗(yàn)研究。 四、曲線梁橋研究現(xiàn)狀四、曲線梁橋研究現(xiàn)狀35 美國佐治亞理工大學(xué)Zureick A.針對(duì)鋼曲線梁橋鋼曲線梁橋進(jìn)行了數(shù)值分析數(shù)值分析與試試驗(yàn)研究驗(yàn)研究，其研究的主要內(nèi)容與目的如下：1）曲線箱梁、工字梁的穩(wěn)定問題，如系桿、橫撐、加緊板對(duì)曲線梁橋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的影響；2）對(duì)曲線梁橋的內(nèi)力、變形進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，以校核數(shù)值分析結(jié)果；3）建立經(jīng)濟(jì)有效地曲線梁橋施工方法；4）通過試驗(yàn)驗(yàn)證不同長細(xì)比對(duì)應(yīng)局部屈曲、側(cè)扭屈曲的分析方法的有效

28、 性，如果現(xiàn)有方法存在不足，則需要建立新的分析方法；5）通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)橫向與縱向加勁板之間的設(shè)計(jì)參數(shù)；6）通過實(shí)驗(yàn)來確定曲線工字梁和鋼箱梁上混凝土板的有效分布寬度。 四、曲線梁橋研究現(xiàn)狀四、曲線梁橋研究現(xiàn)狀36圖圖11 11 鋼曲線梁橋模型試驗(yàn)照片鋼曲線梁橋模型試驗(yàn)照片四、曲線梁橋研究現(xiàn)狀四、曲線梁橋研究現(xiàn)狀37 高墩大跨徑彎橋的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究高墩大跨徑彎橋的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究 由交通部公路科學(xué)科研院和長安大學(xué)合作完成的交通部西部交通科技項(xiàng)目，針對(duì)西部橋梁“大跨大跨”、“高墩高墩”和和“彎梁彎梁”等區(qū)域性特點(diǎn)提出來的，其目的就是為西部山區(qū)建橋提供有效的新技術(shù)和新工藝。主要研究?jī)?nèi)容如下： 1）

29、高墩大跨徑彎橋上下部結(jié)構(gòu)形式的研究2）高墩大跨徑彎橋預(yù)應(yīng)力設(shè)置及分析的研究3）高墩大跨徑彎橋收縮徐變、溫度效應(yīng)的分析研究4）高墩大跨徑彎橋箱梁薄壁墩空間分析研究5）高墩大跨徑彎橋全過程穩(wěn)定分析研究6）高墩大跨徑彎橋支撐布置對(duì)箱梁結(jié)構(gòu)影響的研究7）高墩大跨徑彎橋施工方法和監(jiān)控方法的研究”四、曲線梁橋研究現(xiàn)狀四、曲線梁橋研究現(xiàn)狀38圖圖12 12 高墩大跨連續(xù)曲線梁橋依托工程與模型試驗(yàn)照片高墩大跨連續(xù)曲線梁橋依托工程與模型試驗(yàn)照片四、曲線梁橋研究現(xiàn)狀四、曲線梁橋研究現(xiàn)狀39 鋼混組合曲線箱梁橋結(jié)構(gòu)力學(xué)行為與設(shè)計(jì)鋼混組合曲線箱梁橋結(jié)構(gòu)力學(xué)行為與設(shè)計(jì) 2003年美國University of Cent

30、ral Florida大學(xué)針對(duì)“鋼混組合曲線箱梁橋結(jié)構(gòu)力學(xué)行為與設(shè)計(jì)”進(jìn)行了初步研究初步研究。具體從一下三個(gè)方面進(jìn)行研究：1）非均勻分布扭矩對(duì)現(xiàn)有曲線箱梁力學(xué)行為的影響；2）曲線箱梁橋橫向分布系數(shù)計(jì)算精度研究；3）曲線鋼鋼箱梁橋檢查入口合理位置確定研究。四、曲線梁橋研究現(xiàn)狀四、曲線梁橋研究現(xiàn)狀40 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)曲線箱梁橋結(jié)構(gòu)受力行為研究預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)曲線箱梁橋結(jié)構(gòu)受力行為研究 一、立項(xiàng)依據(jù)一、立項(xiàng)依據(jù) 武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院聯(lián)合中鐵大橋局集團(tuán)武漢橋梁科學(xué)研究院、武漢天興洲道橋投資有限公司針對(duì)“預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)曲線箱梁橋結(jié)構(gòu)受力行為研究”進(jìn)行了數(shù)值分析研究。該項(xiàng)目研究

31、主要目標(biāo)為：1）充分掌握小半徑、大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土等高度連續(xù)箱梁的結(jié)構(gòu)受力特性；2）結(jié)合天興洲大橋引橋匝道道橋工程，有針對(duì)性的進(jìn)行具體分析，指導(dǎo)結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)；3）全面深入掌握不同曲線半徑、不同跨度條件下的結(jié)構(gòu)受力特性的變化 規(guī)律，為以后的類似工程提供可靠的理論依據(jù)。 四、曲線梁橋研究現(xiàn)狀四、曲線梁橋研究現(xiàn)狀41 綜上所述，關(guān)于曲線梁橋結(jié)構(gòu)力學(xué)行為的研究曲線梁橋結(jié)構(gòu)力學(xué)行為的研究受到國內(nèi)外橋梁工程師的重視。 美國以鋼工字梁鋼工字梁的研究為主，近年來逐漸開展預(yù)應(yīng)力混凝土曲線梁橋研究，主要研究?jī)?nèi)容側(cè)重于曲線梁橋結(jié)構(gòu)力學(xué)性能規(guī)律，研究方法則采用數(shù)值模擬數(shù)值模擬與試驗(yàn)相結(jié)合試驗(yàn)相結(jié)合的方法。 國內(nèi)側(cè)重于預(yù)

32、應(yīng)力混凝土曲線梁橋預(yù)應(yīng)力混凝土曲線梁橋的研究，主要研究?jī)?nèi)容亦側(cè)重于曲線梁橋結(jié)構(gòu)力學(xué)規(guī)律，目前主要的研究方法多采用數(shù)值模擬方法數(shù)值模擬方法為主。 四、曲線梁橋研究現(xiàn)狀四、曲線梁橋研究現(xiàn)狀42曲線梁“彎扭耦合”曲線梁預(yù)應(yīng)力效應(yīng)曲線梁溫度效應(yīng)曲線梁工程事故較多曲線梁工程事故較多曲線梁橋力學(xué)特性與直線梁橋具有本質(zhì)的差別！曲線梁橋支撐系統(tǒng)五、典型曲線梁橋事故簡(jiǎn)介五、典型曲線梁橋事故簡(jiǎn)介43一、立項(xiàng)依據(jù)一、立項(xiàng)依據(jù) 鑒于國內(nèi)曲線梁橋設(shè)計(jì)現(xiàn)狀“應(yīng)用廣泛、問題較多、研究薄應(yīng)用廣泛、問題較多、研究薄弱、尚無規(guī)范弱、尚無規(guī)范”，實(shí)際橋梁工程中，曲線梁橋的工程事故也較多；而這些工程事故多由橋梁工程師對(duì)曲線梁橋的結(jié)構(gòu)

33、力學(xué)行為認(rèn)識(shí)存在一定的誤區(qū)引起的。右圖所示為深圳某立交橋A匝道第3聯(lián)突然向外側(cè)整體位移的事故照片，最大側(cè)位移達(dá)47cm。 事故1圖圖13 13 某立交變形照片某立交變形照片五、典型曲線梁橋事故簡(jiǎn)介五、典型曲線梁橋事故簡(jiǎn)介44圖圖14 14 韓國韓國SingDong SingDong 互通立交中的橋梁坍塌事故（互通立交中的橋梁坍塌事故（20012001年年） 韓國SINGDONG互通立交工程，主梁為鋼箱梁，橋?qū)挒?.50m，曲線半徑為125m，橋跨為50m。該橋建于2000年，通車后2001年6月15日，在一輛重車過橋后沒有任何前兆倒塌。由于橋臺(tái)兩側(cè)的支撐系統(tǒng)疲勞斷裂引起橋梁整體坍塌。在結(jié)構(gòu)自重

34、和汽車荷載的作用下，端部支撐處存在明顯的傷拔與切向力的作用，最終導(dǎo)致支撐疲勞斷裂。 事故2五、典型曲線梁橋事故簡(jiǎn)介五、典型曲線梁橋事故簡(jiǎn)介45 圖15所示為深圳市金田立交1#橋，該橋?yàn)橐蛔缜€連續(xù)梁橋，曲率半徑52m，橋?qū)?0m，主梁斷面為單箱單室。橋梁兩側(cè)橋墩處采用雙板式橡膠支座作為抗扭支座，支座尺寸為35cmx60cmx5.6cm。主要病害：主要病害：1）該橋內(nèi)側(cè)支座脫空，抗扭墩蓋梁出現(xiàn) 豎向裂縫；2）通過對(duì)該橋的中間橋墩（9#墩）的徑向與切向位移隨溫度變化的觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)隨著溫度從22.8度升高到30.2度時(shí)，曲線徑向變位為20mm，而溫度從30下降到22.8度時(shí)，曲線徑向變位僅恢復(fù)了6

35、mm。這種不利的徑向累積變形引起了該橋的這種不利的徑向累積變形引起了該橋的事故事故。圖圖10 10 深圳金田立交深圳金田立交1#1#橋橋橋橋梁水平觀測(cè)點(diǎn)平面圖梁水平觀測(cè)點(diǎn)平面圖事故3五、典型曲線梁橋事故簡(jiǎn)介五、典型曲線梁橋事故簡(jiǎn)介46圖圖16 16 某立交工程某立交工程3 3號(hào)匝道橋號(hào)匝道橋6 6跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)曲線梁跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)曲線梁 該橋在施工過程中發(fā)生了支架壓曲的事故。據(jù)設(shè)計(jì)要求第一施工段澆注張拉后，從20號(hào)墩開始，分頭向19號(hào)、21號(hào)橋墩拆除膺架，在靠近19、21號(hào)墩處約8米范圍內(nèi)保留膺架。但在拆除過程中發(fā)現(xiàn)靠近19、21號(hào)墩處的部分膺架局部被壓曲。 事故4五、典型曲線梁橋事故

36、簡(jiǎn)介五、典型曲線梁橋事故簡(jiǎn)介47 圖圖17 17 某曲線連續(xù)梁橋平面布置與主梁斷面示意圖某曲線連續(xù)梁橋平面布置與主梁斷面示意圖 某曲線連續(xù)梁橋是連接長江大橋的城市立交。該立交橋的D匝道橋第一聯(lián)為334m+33.9m連續(xù)箱梁，DP0為薄壁空心墩與河灘段D匝道共用，中墩為矩形墩身(2 m1.7m)加花瓶墩帽(4.6m1.7m)，DP4墩為矩形墩身(2 m1.7 m)加花瓶墩帽(4.6m2.3 m)與第二聯(lián)共用，中間墩支座位置均在箱梁橫截面幾何中心線兩側(cè)各1.5m處。該曲線連續(xù)梁平面線形構(gòu)成見圖17。事故5五、典型曲線梁橋事故簡(jiǎn)介五、典型曲線梁橋事故簡(jiǎn)介48事故描述：事故描述： D匝道橋第一聯(lián)DP0

37、DP4墩連續(xù)梁采用滿堂支架施工，由DP4向DP0方向逐跨張拉施工。在預(yù)應(yīng)力張拉結(jié)束落梁后3個(gè)月，應(yīng)業(yè)主要求，該匝道作為全橋的施工通道通行施工車輛，在11個(gè)月后鋪裝橋面瀝青混凝土，在第2層橋面瀝青混凝土(厚6cm)鋪設(shè)完成后，現(xiàn)場(chǎng)施工人員發(fā)現(xiàn)DP4DP4處梁體向曲線內(nèi)側(cè)平移處梁體向曲線內(nèi)側(cè)平移180mm180mm，DP0DP0墩處梁體向曲線外側(cè)平移墩處梁體向曲線外側(cè)平移146mm146mm。 經(jīng)對(duì)該聯(lián)箱梁的細(xì)致檢查，初步判定該聯(lián)各墩頂梁體沿固定支座有明顯平面轉(zhuǎn)動(dòng)位移，其轉(zhuǎn)動(dòng)位移量超出驗(yàn)收規(guī)范允許偏差范圍，而且在交界墩處梁體位移較大，造成球型支座內(nèi)的四氟滑板被拉壞而失去使用功能。后通過對(duì)該聯(lián)各墩身及墩帽進(jìn)行觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，固定墩DP2墩帽較竣工狀態(tài)有輕微的扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象。五、典型曲線梁橋事故簡(jiǎn)介五、典型曲線梁橋事故簡(jiǎn)介49 某六跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)曲線梁橋26m+28m+35m+40.1m+35m+32m196.1m，梁高1.8m，單箱雙室橫斷面，曲率半徑為R=350m。該橋于1999年通車運(yùn)營。事故6五、典型曲線梁橋事故簡(jiǎn)介五、典型曲線梁橋事故