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 黃駿  師穎嫦

 （四川省交通運(yùn)輸廳交通勘察設(shè)計(jì)研究院成都610000）

摘要  運(yùn)用有限元軟件對某拱形連續(xù)梁進(jìn)行分析，通過與同等跨徑連續(xù)梁橋的受力狀態(tài)對比，結(jié)果表明，拱形連續(xù)梁的主梁在恒活載作用下正負(fù)彎矩較連續(xù)梁橋大幅減小，結(jié)構(gòu)剛度也更大。對拱形連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的矢跨比進(jìn)行參數(shù)化分析，說明矢跨比對拱形連續(xù)梁的內(nèi)力、變形影響較大。

關(guān)鍵詞  拱形連續(xù)梁橋梁景觀受力性能矢跨比參數(shù)化分析

 隨著人們對結(jié)構(gòu)美學(xué)的需求越來越高，對橋梁結(jié)構(gòu)的景觀要求也相應(yīng)提高，我國的橋梁設(shè)計(jì)遵循“實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、安全和美觀”的基本原則，在實(shí)用、經(jīng)濟(jì)和安全的前提下，應(yīng)盡可能地使橋梁具有優(yōu)美的線形。拱形連續(xù)梁橋是一種具有拱形橋的古典美又具有梁式橋結(jié)構(gòu)受力明確的結(jié)構(gòu)型式，造型優(yōu)美，曲線圓潤，富有動(dòng)感，相比梁式橋、剛架橋更能滿足人們對景觀美的要求，因此拱形連續(xù)梁橋在城市橋梁中特別是城市景觀橋梁中的應(yīng)用越來越廣泛。

 拱形連續(xù)梁是一種借鑒拱橋的造型特點(diǎn)，加大變截面連續(xù)梁的梁根截面，再把梁底曲線夸張化，其實(shí)質(zhì)還是連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的一個(gè)變種，受力特點(diǎn)也類似于帶V形支撐連續(xù)梁，而把V形支撐線形圓滑化。本文通過與同等跨徑的連續(xù)橋及不同矢跨比的拱形連續(xù)梁橋進(jìn)行對比分析。

1結(jié)構(gòu)模型

 某30 m+40 m+30 m=100 m拱形連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，橋面寬度為35 m，矢高為5m，矢跨比為1:8。主梁梁高1.6～3. 673 m，其中拱腳頂部主梁高1.4 m。主梁頂板寬17.5 m，底板寬10.5m，箱內(nèi)頂、底板厚度均為0. 25 m；腹板厚度為0.5 m。

橋墩采用實(shí)體板式結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用承臺鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。橋臺采用肋板式橋臺鉆孑L灌注樁基礎(chǔ)。橋梁立面布置見圖1。

本文計(jì)算采用midas Civil 2013對橋梁上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬分析，全橋共劃分122個(gè)單元，125個(gè)節(jié)點(diǎn)，計(jì)算模型見圖2。

施工階段，該橋采用滿堂支架施工方法，主要施工階段及持續(xù)時(shí)間見表1。

2結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算結(jié)果

2.1恒載作用

 為方便研究拱形連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的受力性能，本文采用與同等跨徑的等截面連續(xù)箱梁進(jìn)行受力性能的對比。

 等截面連續(xù)梁橋跨徑采用30 m+40 m+30 m=100 m，梁高采用2.4 m，其余尺寸參數(shù)均與拱形連續(xù)梁尺寸一致。

通過軟件分析計(jì)算在結(jié)構(gòu)自重和相同的二期恒載作用下拱形連續(xù)梁和等截面連續(xù)梁的彎矩對比圖見圖3、圖4及表2。

 由圖3、圖4及表2可見，拱形連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的主梁受力類似于多跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，拱形連續(xù)梁在支點(diǎn)處由于拱腳的存在，大幅度削減了支點(diǎn)處的負(fù)彎矩，此外跨中正彎矩也較同等跨徑連續(xù)梁小得多。

 在自重的作用下拱形連續(xù)梁主梁的內(nèi)力減小幅度比二期恒載大，這也說明拱形連續(xù)梁構(gòu)件尺寸較小，結(jié)構(gòu)較為輕盈。

通過圖5對2種結(jié)構(gòu)主梁變形的對比可見，在相同荷載作用的情況下，拱形連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的最大撓度出現(xiàn)在邊跨，而等截面連續(xù)梁的最大撓度出現(xiàn)在最大跨徑那一跨，等截面連續(xù)梁橋的最大撓度為1. 54 mm，而拱形連續(xù)梁橋的最大撓度為0. 97 mm，這說明拱形連續(xù)梁的整體結(jié)構(gòu)剛度比同等跨徑等截面連續(xù)梁的剛度更大。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，拱形連續(xù)梁橋在二期荷載作用下拱圈承受較大壓力的同時(shí)拱腳頂部主梁也出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力，且與拱圈壓力大小相當(dāng)，這說明拱形連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的拱腳頂部主梁自身在平衡拱腿壓力。恒載作用下拱形連續(xù)梁的軸力圖見圖6。

2.2溫度變化

 通過計(jì)算結(jié)果的對比，說明整體升降溫對拱形連續(xù)梁結(jié)構(gòu)幾乎沒影響，而溫度梯度對結(jié)構(gòu)的影響較大；同時(shí)由上圖還可以看出，溫度變化對拱形連續(xù)梁主梁的影響較大，而對拱腿的影響不大。

升溫作用下對連續(xù)梁的最大應(yīng)力見圖7。

 由圖7看出升溫梯度引起主梁產(chǎn)生1. 45MPa的拉應(yīng)力和4.65 MPa的壓應(yīng)力。

 由此可以看出，拱形連續(xù)梁在溫度變化作用下引起的截面應(yīng)力大于等截面連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，說明拱形連續(xù)梁結(jié)構(gòu)在溫度荷載作用下引起的次內(nèi)力較大。

2.3支座沉降

根據(jù)2種橋型的對比計(jì)算可以看出，支座沉降對拱形連續(xù)梁結(jié)構(gòu)較等截面連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的影響更為明顯，這說明拱形連續(xù)梁結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)沉降的影響較大，故設(shè)計(jì)拱形連續(xù)梁橋的下部結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)盡量采用群樁或其他基礎(chǔ)沉降小的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。2種橋型的支座沉降對比圖見圖8。

3不同矢跨比對拱形連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的影響

 拱形連續(xù)梁結(jié)構(gòu)同時(shí)具有梁橋和拱橋的受力特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)受力性能除了外部的邊界條件、荷載工況等因素的影響，還有如矢跨比、拱梁剛度比、拱梁是否固結(jié)等內(nèi)部因素的影響。

 矢跨比是拱形連續(xù)梁設(shè)計(jì)過程中一個(gè)極其重要的參數(shù)，也對結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布、變形會產(chǎn)生極大的影響。

 對于拱形連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，當(dāng)拱圈的跨徑和截面一定時(shí)，若矢跨比很小時(shí)，則拱弧長度較短，拱肋的材料用量較少，但在均布荷載的作用下拱圈產(chǎn)生的軸壓力變大，對拱圈自身的受力狀態(tài)是有好處的，但是拱腳對基礎(chǔ)的推力會增大，主拱圈內(nèi)的軸向壓應(yīng)力增大，充當(dāng)加勁系梁的主梁所受的拉力也會增加，并且拱形連續(xù)梁對混凝土的收縮徐變、溫度變化、基礎(chǔ)沉降和拱圈自身的彈性壓縮等因素所引起的附加內(nèi)力的影響也將隨之增加；反之，若矢跨比較大時(shí)，則在均布荷載作用下拱圈產(chǎn)生的軸力將會減小，但隨著拱弧線的變長，拱肋在自重和材料用量上都會增加。

 另外，矢跨比對拱形連續(xù)梁的結(jié)構(gòu)景觀能否與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)也有極大的影響，因此如何選取一個(gè)合適的矢跨比對拱形連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布和材料的用量都有極為重要的意義。

4結(jié)論

 (1)由于拱腿的存在，大幅削減拱形連續(xù)梁的主梁在恒活載作用下的正負(fù)彎矩，從而使得拱形連續(xù)梁的結(jié)構(gòu)尺寸可以做得更小，相對來說跨越能力更強(qiáng)；在荷載作用下拱腳頂部主梁所受的拉力與拱圈所受壓力幾乎平衡，使得拱形連續(xù)梁橋的整體水平推力減小。

 (2)拱形連續(xù)梁在恒活載作用下的撓度為同等跨徑連續(xù)梁橋的2/3左右，說明拱形連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)剛度大。

 (3)整體溫度變化對拱形連續(xù)梁結(jié)構(gòu)幾乎不產(chǎn)生溫度次內(nèi)力，而溫度梯度對結(jié)構(gòu)的影響較大。溫度梯度對拱形連續(xù)梁的主梁的影響比等截面連續(xù)梁大，而對拱腿的影響不大，說明拱形連續(xù)梁的超靜定次數(shù)高，對溫度較為敏感。

 (4)支座沉降對拱形連續(xù)梁結(jié)構(gòu)較等截面連續(xù)梁結(jié)構(gòu)影響更為明顯，說明拱形連續(xù)梁結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)的要求更高。