曲線鋼箱梁抗傾覆的結(jié)構(gòu)及受力特點(diǎn)

曲線鋼箱梁抗傾覆的結(jié)構(gòu)及受力特點(diǎn)摘要：本文介紹了曲線鋼箱梁的結(jié)構(gòu)型式和主要特點(diǎn)，以及其支承設(shè)計(jì)、支座反力分析和曲線鋼箱梁的柱墩連接設(shè)計(jì)，最后對(duì)支座反力的計(jì)算步驟進(jìn)行了詳細(xì)闡述。關(guān)鍵詞：曲線鋼箱梁；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；計(jì)算1、工程簡介長春市兩橫兩縱快速路系統(tǒng)工程之西部快速路(青年路一普陽街一春城大街一寬平大路一前進(jìn)大街)的道路主線交匯位置的鋼箱梁，共有四部分組成：①N主線橋N36#?N42#墩鋼箱梁；②S匝道S6#—S9#墩鋼箱梁；③R匝道R16#—R26#墩鋼箱梁。④P匝道P15#—P19#墩鋼箱梁；P線匝道跨越N主線和R匝道，為互通區(qū)跨徑最長(75m)跨越高度最高(25米)的鋼箱梁?；ネ▍^(qū)鋼箱梁分布圖P匝道鋼箱梁橫截面示意圖2、曲線鋼箱梁的結(jié)構(gòu)型式P15#—P19#墩鋼箱梁為四跨(52m+75m+75m+52m)等截面鋼箱梁，鋼橋材質(zhì)為Q345QE，箱梁高度為3米，鋼箱梁平面位于曲線、緩和曲線和直線段內(nèi)，鋼箱梁的橫截面由兩個(gè)箱室組成，箱梁的兩側(cè)有飛翼狀的挑檐，箱梁的總寬度為9.66米。橋梁的平曲線圓弧半徑為R=155m,橋面設(shè)有1.5%的橫坡和3.8%-2.9%的縱坡。3、 曲線鋼箱粱主要特點(diǎn)P線曲線鋼箱梁最長跨徑70m,滿足了互通區(qū)的總體布置要求。對(duì)于這些中等跨徑的橋梁可選用等高度的箱粱截面。鋼箱梁相對(duì)于混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)自重較輕，遠(yuǎn)小于混凝土連續(xù)結(jié)構(gòu)。鋼材具有較高的拉壓性能，容易通過調(diào)整鋼板的厚度來滿足彎矩分布的不規(guī)則，梁的高度和跨徑能夠較好地適應(yīng)總體布置的需要；鋼箱梁的加工采取工廠化加工制作、現(xiàn)場臨時(shí)墩支撐、吊車就位、節(jié)段之間采用與母材等強(qiáng)全溶透的焊連接方法，方便快捷，不影響交通；鋼箱粱加工雖然復(fù)雜，技術(shù)要求高，需要專業(yè)的加工隊(duì)伍，但是現(xiàn)場施工周期短，滿足了施工質(zhì)量和總體進(jìn)度的需要。4、 支承設(shè)計(jì)P線匝道橋?yàn)樗目珉p箱鋼箱梁，全橋長254m,，鋼箱梁平曲線為圓曲線和緩和曲線組成，箱梁的曲率半徑為155m，橋面寬10m，箱梁產(chǎn)生的活載扭矩在梁的兩端很大。為了減少扭矩荷載的連續(xù)傳遞，避免鋼箱梁傾覆的發(fā)生，鋼箱梁匝道橋均采用雙支座來承擔(dān)扭矩，使曲線橋的扭矩較均勻地分布在曲線連續(xù)梁上，由各個(gè)橋墩上的雙支座共同承擔(dān)。P線匝道鋼箱梁橋支座間距4.4m5、 支座反力分析曲線鋼箱梁的受力有如下特點(diǎn)：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轉(zhuǎn)變形的耦合。曲線梁在豎向荷載和扭距作用下，都會(huì)同時(shí)產(chǎn)生彎距和扭距，并相互影響。同時(shí)曲線梁的內(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。因此，在曲線梁橋中，應(yīng)選用抗扭剛度較大的箱型截面形式。在曲線梁中，由于存在較大的扭矩，通常會(huì)出現(xiàn)“外梁超載，內(nèi)梁卸載”的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象在小半徑的寬橋中特別明顯。另外,由于曲線梁內(nèi)外側(cè)支座反力有時(shí)相差很大,當(dāng)活載偏置時(shí)，內(nèi)側(cè)支座甚至?xí)霈F(xiàn)負(fù)反力，如果支座不能承受拉力，就會(huì)出現(xiàn)梁體與支座發(fā)生脫離的現(xiàn)象。曲線鋼箱梁由于存在很大的扭矩，使橫向雙支座中的另一個(gè)支座產(chǎn)生較大的上拔力而容易導(dǎo)致支座脫空，過大的上拔力還可能導(dǎo)致曲線橋的傾覆。因此，設(shè)計(jì)曲線鋼箱梁時(shí)，對(duì)支座反力的計(jì)算是必須的。通過對(duì)曲線鋼箱梁匝道橋，建立空間有限元分析模型，計(jì)算在恒載作用和活載作用下的支座反力，確保橋梁設(shè)計(jì)的安全。6、 曲線鋼箱梁的柱墩連接設(shè)計(jì)曲線鋼箱梁邊跨的設(shè)置考慮到連續(xù)梁邊墩支座在恒載作用下的預(yù)壓力一般不大，耍預(yù)防由活載引起的上拔力造成支座脫空的危險(xiǎn)。，墩頂雙支座的支座反力不均勻，中墩的支座恒載反力較大，在活載作用下，一般不會(huì)出現(xiàn)支座脫空現(xiàn)象。邊墩支座的預(yù)壓力不夠大，雙支座中容易出現(xiàn)支座脫空現(xiàn)象，6.1P17墩預(yù)應(yīng)力處理辦法預(yù)應(yīng)力錨桿采用公秤直徑32mm預(yù)應(yīng)力混凝土用螺紋鋼筋（PSB830），其抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)為f〔PK〕=830mpa,鋼筋錨下控制力為0.9f〔PK〕=747MPa,每延米理論伸長量約為3.74mm,豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋采用JLK-32錨固，采用YC60B型千斤頂張拉。豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋章拉完畢后，其槽口應(yīng)用C45收縮補(bǔ)償性混凝土封錨，封錨時(shí)槽口坡面要鑿毛洗干凈，錨后增設(shè)鋼筋網(wǎng)。豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉完畢后，用砂輪割去多余部分，割后露出螺母以上長度不小于32mm.同時(shí)端頭采用防腐、防銹處理，并用C45混凝土封錨。鋼管內(nèi)經(jīng)①45mm與預(yù)應(yīng)力鋼筋的空隙采用壓漿處理，強(qiáng)度不小于M45。6.2墩柱連接P15墩、P16墩、P18墩、P19墩采用抗拉球型鋼支座。P17墩為曲線橋的中間墩，剛性固定連接，柱頂上安裝了2m高的鋼抱箍并與墩柱澆筑在一起，鋼箱梁底板與柱頂采取焊接和豎向張拉相結(jié)合的連接方式。通過這種國定連接方式從而限制了橋梁的整體移動(dòng)的可能，其余墩柱由于采用抗拉球型鋼支座，限制了鋼箱梁向上位移的可能，橋梁在使用過程中由于受力的變化，只會(huì)有小范圍的徑向和軸向位移。7、支座反力的計(jì)算步驟7.1恒載作用支座反力的計(jì)算匝道橋的恒載作用有：鋼箱梁自重、箱內(nèi)混凝土塊壓重、橋面鋪裝層、防撞欄。前兩項(xiàng)恒載為第一期恒載，即結(jié)構(gòu)自重，后兩項(xiàng)恒載為第二期恒載。采用空間有限元模型，計(jì)算獲得恒載作用下的支座內(nèi)外側(cè)反力。7.2活載作用下支座反力的分析計(jì)算將鋼箱梁分別考慮在活載作用下的3種不利情況：雙車道內(nèi)側(cè)偏載、單車道內(nèi)側(cè)偏載、單車道外側(cè)偏載。雙車道內(nèi)側(cè)偏載的支座反力根據(jù)《城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)》(cJJ77—98),汽車活載采用城市一A級(jí)車道荷載(均布荷載為15kN/m,集中荷載為300kN),并將荷載偏置在曲線梁的內(nèi)側(cè)，雙車道荷載橫向布置。計(jì)算活載作用的支座反力。單車道內(nèi)側(cè)偏載的支座反力將荷載偏置在曲線梁的內(nèi)側(cè)，單車道荷載橫向布置。單車道內(nèi)側(cè)偏載下的支座反力。單車道外側(cè)偏載的支座反力將荷載偏置在曲線梁的外側(cè)，單車道荷載橫向布置。單車道外側(cè)偏載下的支座反力。7.3支座反力的特點(diǎn)采用空間曲線箱梁ANSYS有限元軟件模型，計(jì)算了P線匝道橋在恒載和活載作用下的支座反力，由此可以歸納曲線鋼箱梁支座反力的特點(diǎn)和規(guī)律。連續(xù)曲線鋼箱梁在恒載作用下，橫向兩個(gè)支座的反力是不均勻的，特別是兩端支承處內(nèi)、外側(cè)的支座反力相差懸殊。在汽車活載作用下，對(duì)于曲線橋梁，一般是內(nèi)側(cè)偏載將使布置在外側(cè)的支座產(chǎn)生負(fù)反力，外側(cè)偏載將使布置在內(nèi)側(cè)的支座產(chǎn)生負(fù)反力。但對(duì)復(fù)雜曲線橋梁，存在有內(nèi)側(cè)偏載將使布置在內(nèi)側(cè)和外側(cè)的支座同時(shí)產(chǎn)生負(fù)反力和外側(cè)偏載也將使布置在內(nèi)側(cè)和外側(cè)的支座同時(shí)產(chǎn)生負(fù)反力的情況。當(dāng)曲率半徑小、跨徑大、恒載小時(shí)，更應(yīng)該注意控制內(nèi)外側(cè)負(fù)反力的問題。因此，為了保證支座不脫空，可以采取在支點(diǎn)處橫隔梁內(nèi)灌注混凝土進(jìn)行壓重。本匝道橋采用中墩柱固結(jié)，其余支座采用抗拉球型鋼支座連接方法，通過計(jì)算分析得到的反力計(jì)算結(jié)果表明可以解決支座脫空問題。結(jié)語曲線鋼箱梁匝道橋在今后的城市立交橋上將會(huì)大量出現(xiàn)，利用空間有限元的計(jì)算，確定支座的受力特點(diǎn)，設(shè)計(jì)橋梁支座時(shí)在支座構(gòu)造和設(shè)置上采取相應(yīng)措施，減少支座負(fù)反力的產(chǎn)生。本曲線鋼箱梁利用中墩柱的固結(jié)和邊墩柱設(shè)置抗拉球形鋼支座的方式有效的解決了曲線鋼橋的傾覆問題。參考文獻(xiàn)：姜勇.ANSYS7.0實(shí)例精解[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.邵容光.混凝土彎梁橋[M].北京：人民交通出版社，199