曲线梁桥受力特点分析

李虹剑

重庆交通大学， 重庆 40074

关键词：圆心角； 曲线桥； 支反力； 桥梁宽度

中图分类号：U448.42      文献标识码：A     文章编号：1674-0696

引　言

近年来高速公路、城市立交和高架道路的日益增多，以往道路设计服从桥梁设计的理念逐渐改变为一般桥梁设计服从道路要求的概念，因此，弯桥的建造需求越来越多。曲线桥常出现支座脱空、侧向位移，甚至侧倾等严重事故。造成严重的人员伤亡、经济损失和社会影响。

1曲线桥受力特点

(1)由于曲率的影响，梁截面在发生竖向弯曲时，必然产生扭转，而这种扭转作用又将导致梁的挠曲变形，称之为“弯—扭”耦合作用。

(2)弯桥的变形比同样跨径直线桥大，外边缘的挠度大于内边缘的挠度，曲率半径越小、桥越宽，这一趋势越明显。

(3)弯桥即使在对称荷载作用下也会产生较大的扭转，通常会使外梁超载，内梁卸载。

2有限元模拟分析

通过有限元软件Midas/Civil2020建立三跨3×30m连续曲线箱梁。箱梁采用单箱单室，箱顶宽16.25米，箱底宽8.5米，单侧悬臂长度3.875米，梁高4.0米，腹板厚度50cm。跨度相同，调整圆心角大小（0°、30°、60°、90°、120°）对曲线梁进行分析。

2.1  圆心角

主梁的弯曲程度是影响曲线桥受力特性最重要的因素，但是曲率半径并不能全面反映弯曲程度。能全面反映主梁弯曲程度的参数是圆心角，它是跨长与半径的比值，反映了与跨径有关的相对弯曲关系。图 2为三跨连续梁在均布荷载作用下的内力图。支座均为双支座，模拟抗扭支承，均布荷载10kN/m。

图 2  三跨连续梁在均布荷载作用下内力图

从图中可以看出改变圆心角大小对于梁的弯矩和剪力几乎没有影响，且圆心角越小，数值也越接近；对于扭矩，数值随着圆心角的增大而增大，且成倍增加，影响比较明显。虽然扭矩比直桥大，但扭矩的影响线的标值比扭矩小一个数量级，所以通常情况下，曲线桥的扭矩并不控制主要截面的设计。

2.2  桥梁宽度

汽车荷载作用在桥面上会因为偏心导致截面产生扭矩，这与直桥相同，但是由于弯一扭耦合作用下，扭矩又将产生弯矩。为模拟汽车偏心荷载，在梁全长范围内施加均布力矩（10kN/m），支座采用双支座。图 3是三跨连续梁在均布扭矩作用下内力图。

图 3  三跨连续梁在均布扭矩作用下内力图

从图中可以看出：均布扭矩作用下，圆心角越大，产生的弯矩也大，但是相比于竖向均布荷载作用下产生的弯矩要一个数量级；圆心角越大，由此产生相应的剪力也成倍增加。桥梁宽度越大、曲率半径较小时，曲线梁的外弧与内弧相差较大，即使是对称截面，外侧恒载也比内侧大的多，恒载也会产生向曲线外侧翻转的均布扭矩。

2.3  支座反力

影响曲线桥梁支座反力因素除支座偏心和支座间距外，还有圆心角，整体升降温，梯度升降温等因素。图 4是均布荷载作用下不同圆心角时两端支座反力。

图 4  均布荷载作用下支反力

从图中可以看出：当支座对称布置于梁中心线两侧时，在均布荷载作用下，随圆心角的增大，靠近外侧的支座反力与内侧支座反力差越来越大。

3结语

1)曲线桥的主要特点是弯扭耦合，使主梁挠度增大并发生趋向于曲线外侧的扭转，可能使支座脱空，严重时发生侧倾，温度与扭转的联合也会使主梁发生向曲线外侧水平位移。

2)桥梁宽度大、曲线半径小，内外恒载差会使梁发生扭转，设计时除考虑圆心角影响还要考虑桥梁宽度。

3)整体升降温、梯度升降温对支座反力有较大的影响，弯桥设计时要综合考虑以上因素。

参考文献：

[1]项海帆.高等桥梁结构理论[M].北京：人民交通出版社，2013.   作者简介：李虹剑（1998-），男，河南安阳人，硕士，重庆交通大学

摘要：曲线桥的圆心角的改变、温度、收缩徐变等作用会引起曲线桥梁受力特点趋于复杂。为研究曲线梁桥受力情况，利用Midas/Civil建立三跨连续曲线箱梁模型，通过对比分析验证了现有理论。