曲线梁桥梁体偏位分析

蒋科

重庆交通大学  重庆  400074

摘要：曲线梁桥能很好地适用地形、地物的限制，而且其结构线条平顺、流畅、明快，给人以美的享受。在公路建设中，除特大桥梁外，一般要求桥梁地平面布置服从公路线形，在进行平、纵、断三方面综合设计时，应做到平面流畅、纵坡均衡、横断面合理，并避免长直线设计。此时，曲线梁桥往往成为最优方案。预应力混凝土连续曲线梁桥在使用过程中。甚至在其施工的过程当中，会由于设计的不合理以及周围环境的影响，曲线梁桥的梁体可能会出现沿着径向的位移和向梁体外侧的翻转即曲线梁桥的偏位问题。它具体表现在梁体的应力重分布，支座的竖向与横向支反力以及对桥墩应力的改变。本文运用有限元软件对曲线梁桥进行了梁体偏位分析，探讨了曲线梁桥荷载横向分布系数的计算方法，采用有限元计算方法。

关键词：曲线梁桥；梁体偏位；荷载横向分布系数；有限元分析

1.研究背景

1.1.曲线梁桥梁体偏位原因

连续曲线梁桥在使用过程中，由于曲率半径、自身恒载、预应力、温度效应、车辆离心力、混凝土收缩徐变以及一些其他影响因素的作用，会产生侧向的偏位。由于曲线梁桥的结构特点、支承形式等原因，当外荷载等影响因素消失后，曲线梁桥发生的侧向偏位并不能够完全恢复，会产生部分不可恢复的残余位移，并且在长期的反复作用下，侧向的残余位移就会累积，产生较大的位移，即曲线梁桥的侧向偏位。曲线梁桥的侧向偏位问题轻则导致梁端伸缩缝的剪切破坏，影响其使用寿命;严重的则会使支承结构产生破坏，梁体发生滑移或翻转。曲线梁桥在使用过程中出现该类问题，不仅影响交通，并且加固起来也非常不方便，造成巨大的经济损失。

2.曲线梁桥梁体偏位原因分析

2.1.曲线梁桥的曲率半径

曲线梁桥的曲率半径是影响曲线梁桥侧向位移的主要因素，不同的曲率半径，对混凝土连续曲线梁桥的影响是不一样的R。如某桥引桥为3跨单箱3室预应力混凝土连续曲线箱梁桥，箱梁顶板宽23m，梁高1.5m，翼宽2.5m，在恒载作用下，不同曲率半径情况下曲线梁桥竖向支反力如表3.1所示。

表3.1

支座	半径R(m)
	50	100	180	250	2500
	2161	1807	1607	1596	1512

从中可以看出，随着曲率半径的增大，内外两侧的支反力之间的差值逐渐缩小，并且在梁两端的竖向支反力的变化幅度要大于中间的支座支反力。

2.2.曲线梁桥自身的恒载效应

不同于直线梁桥，横截面左右完全对称的曲线梁桥，它的恒载重心相对于梁的剪力中心是有偏心的

MIDAS建模如图所示：

图3.1

在自身恒载作用下各节点的x，y,z方向位移如表3.2

表3.2

由此看出，支点处横向位移比较明显，跨中处竖向位移比较明显，且有向外倾覆的趋势。由此可以看出，对于曲线梁桥而言，在与直线梁桥同样的布置情况下，它有向外倾覆的趋势R。所以一般曲线梁桥在布置支承方式时，都会向曲线梁外侧设置一定的预偏心，来消除自身的影响，以取得较好的支承反力，减小曲线梁桥扭转变形和径向位移。

从表3.2可以看出，由于曲率半径的影响，曲线梁桥在横桥向内外两侧的竖向支承力不平衡，呈现出外侧支承的竖向力大于内侧。并且内外侧支承竖向力之比值从梁端部向中心增大，端部的比值最小。特别是在梁端部，支座的总竖向反力本来就要比中间墩的支反力要小，这样更导致了端部内侧支座很容易出现不利的状态。由于恒载作用的影响，曲线梁桥有向外侧倾覆的趋势，形成了一定的径向位移。从图3.4中我们可以看出，曲线梁桥的内侧扰度要小于外侧扰度，梁有扭转的趋势，且边跨的扭转程度最大;而横桥向的位移也在梁端达到最大值.

3.结论

 本文探讨了曲线梁桥荷载横向分布系数的计算方法，采用有限元计算方法，运用有限元软件建立空间实体模型，对现役曲线梁桥的梁偏位安全评估具有重要的现实指导意义。主要的结论如下：

（1）线梁桥在发生偏位后，分别在自身恒载、混凝土收缩、徐变、车辆荷载和温度作用下，在位移和扰度方面都发生了变化，总的说来，在偏位后，位移和扰度都呈现出增大的趋势，这点从各支座的支反力和桥墩的应力可以体现出来。在对偏位前后的荷载横向分布系数进行对比后发现曲线梁桥在发生偏位后，结构的内力发生了重新分布。偏位后桥梁结构朝不利于自身的方向发展。

（2）对影响曲线梁桥的偏位原因如曲率半径、恒载、混凝土收缩徐变、车辆荷载、温度荷载以及桥墩的抗推作用进行了分析，对于曲线梁桥的曲率半径，随着曲率半径的减小，梁体向外侧的径向位移越明显，尤其是在梁端的径向位移最为明显;对于曲线梁桥的恒载作用，则导致了曲线梁桥有向外侧倾覆的趋势，形成了一定的径向位移

参考文献

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