交通运输论文曲线匝道桥方向论文范文

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　　摘要：本文采用空间影响面加载法分析桥梁移动荷载，基于此对曲线梁桥的支反力作了研究分析，并以某互通式立交AK0+562.95匝道桥为例进行结构有限元仿真分析。

　　关键词：曲线匝道桥,影响面,机动法,板壳单元,空间结构效应,支反力

　　1、前言

　　伴随着我国高等级高速公路建设的快速发展，现代交通中弯梁桥的数量是越来越多。而桥梁结构布置的难点一般在匝道曲线段上的桥梁结构上，对于上跨被交线的匝道桥，从经济和美观方面考虑，设计上比较常见的是采用混凝土连续箱梁。这种结构型式可以适应枢纽内平面小半径线形的需要、外形流畅、视觉感觉好，在多个大型枢纽中都得到了设计师的青睐。

　　曲线梁桥受外荷载作用下具有显著的空间结构的受力特性，其空间效应主要体现在：弯矩和扭矩彼此互相影响；挠曲变形是挠与扭两者的叠加；支反力有外支座大，内支座小的倾向，因此在内支座中有产生负反力的可能。

　　对于曲率较小的曲线梁桥，由于其空间效应不明显。一般在工程设计中，都简化成直梁计算，采用较多的是空间杆系模型，这样忽略空间效应产生的误差完全能满足工程设计的精度要求，而对于曲率较大的曲线梁桥，由于空间效应的影响，在恒载作用下，结构的内外腹板的受力状况，内外支座的反力状况就已经相差甚远，一旦恒载所占的比重较小，很容易出现负反力[1]。

　　对于结构在移动荷载作用下的效应，目前多采用影响线加载，采用荷载横向分布系数将结构内力和变形的空间问题转化为平面问题计算，这对于较宽的多箱室曲线梁桥并不适用，若在同一截面有多个支点，不能给出每个支点的最不利反力[2]。因而，必须采用更能反映结构实际的影响面加载方法，来分析结构上任一点的最不利影响值。

　　2、曲线箱梁桥设计概况

　　某互通式立交AK0+562.95匝道桥(右副第五联)为三跨连续曲线箱梁。其跨径组合为22.06m+22.1+22.06m，位于半径100m的圆曲线上，桥宽(19.27～11.38)m，布置3个车道，连续箱梁的截面形式为单箱三室，箱梁高1.5m，箱梁两侧悬臂长均为2m。

　　3、影响面加载

　　将一个指向不变的单位集中力荷载沿梁轴线移动时某一量值变化规律的图形即为该量的影响线；若单位集中力沿两个方向移动，如桥面的横向和纵向，是为影响面。

　　对曲线梁桥进行移动荷载分析时，要想同时考虑顺桥向和横桥向的活载最不利加载位置与任一量值的最大值，且想得出同一截面面有多个支点时的支点最不利反力时[3]，必须采用影响面布载。而影响面计算有两种方法：静力法和机动法[4]。静力法由静力法计算得到的影响面，效率太低，计算量庞大。机动法是采用计算挠曲面的方法求影响面，其理论基础是内力影响线定理。

　　要精确的得到曲线箱梁桥在活载作用下的结构空间效应，需考虑车辆横桥向的分布，所以引入影响面加载，求解影响面可以使用杆系模型和板壳模型。

　　但对于宽高比较大的宽箱梁，箱梁挠曲时畸变是显著的，箱梁横向挠曲面不再是直线，此时需将薄壁的箱梁处理成板壳模型，直接求解挠曲面，从而得到影响面。

　　4、有限元分析模型

　　本桥在15号墩顶设置三个支座，使用MidasCivil2010桥梁专用有限元程序建立板壳单元模型，使用影响面加载移动荷载，考虑的荷载工况包括自重和二期、移动荷载、温度荷载、基础的不均匀沉降。

　　建立结构仿真分析模型，明确支座的β角及各个方向的约束刚度和计算参数，然后列举了各支座的支反力影响面。

　　下一步就是在影响面上加载，求出任一量值的最值。得到影响面竖标值后，在影响面上摆放车道荷载，一般将集中荷载布置在影响面的峰值附近，然后以一定的步长，前后左右的在车道面范围内对称移动车道荷载。影响面的动态加载一般有两种方法：动态规划法和穷举法。

　　通过对照结果，边墩上的支座的支反力所对应的各位置的影响面数值均大于影响线数值；中墩上支座的支反力所对应的各位置的影响面数值也大于影响线数值。

　　既然影响面的数值结果总体上要大于影响线的计算结果，近似线性的去推导：影响线和影响面纵向竖标值差别不大，差别较为明显的是横向的空间效应，在横向影响线上读取荷载横坐标处的影响值与纵向竖标做一次相乘，明显影响面得出的结果要大于影响线计算得到的结果。

　　这说明在设计上采取影响面的方法加载，是偏安全的，而影响线法却略有欠缺，但是基于简单方便的原则，在一些简单的桥型，做设计计算还是采取影响线加载移动荷载，因为结构的安全系数较大，通常不作考虑。但是对于较为复杂、异型的结构，为了结构的安全，依然需要采取影响面的方法，以达到设计的精度需求。

　　4.2支反力分析

　　本桥在设计时，需考虑地面道路的交通，留出位置布置地面车道，考虑到曲线梁存在支座脱空的危险性较大，本桥将15号墩顶的端横梁设计成悬挑出边腹板1米，以便布置1号支座。

　　考虑在永久荷载(自重+二期)作用下的竖向支座反力，得知曲梁内侧支座的支反力比外侧支座反力略大。考虑在移动荷载作用下的竖向支座反力，15号墩顶三个支座均存在大小不等的上拔力，1号支座最小，2号支座最大，其他三个墩顶受拉支反力比较接近。考虑在标准组合作用下的支座反力，所有支座都处于受压状态，其中以1号支座的压力储备最小，2号、3号支座的压力储备较为接近。

　　综上所述：本桥针对15号墩的三支座设计很好的完成了三支座的反力分配，使得结构在移动荷载作用下，曲线梁内侧支座的上拔反力很小，不存在支座脱空的危险。

　　5、结论

　　本文针对扁平曲线箱梁桥的结构空间效应问题，建立板壳有限元计算模型，采用影响面法加载移动荷载，计入翘曲扭转、畸变角、以及剪力滞效应等的影响，避免了杆系理论的刚性截面假定带来的误差。得出以下结论：

　　1、用专用有限元程序MidasCivil的板壳单元模拟扁平曲线箱梁，不仅能够得到桥梁结构顺桥向，而且能够得到横桥向的内力分布及变化规律，充分反映了桥梁结构的空间效应。

　　2、比较空间影响曲面与影响线得知：箱梁截面畸变明显，平截面假定不再适用，对于扁平宽曲线箱梁，采用影响面加载比影响线加载偏安全。

　　3、本桥的三支座设计使得支反力分配合理，移动荷载对支反力分配构成不了影响。此设计为同类型匝道桥的支座设计提供了参考。

　　参考文献：

　　[1]吕耀秀.曲线预应力混凝土箱梁桥影响面加载研究：(硕士学位论文),长安大学.2008.

　　[2]邹银生.桥梁结构空间分析影响面加载[J].中外公路，2003,23(1):42-46.

　　[3]杨德灿,张焕.曲线连续箱梁桥活载作用下结构空间效应分析[J].武汉大学学报(工学版),2004,37(1):86-93.

　　[4]姚玲森.曲线梁桥的实用计算方法[M].土木工程学报,1982,15(3):36-51

　　[5]杨德灿,林伟.曲线连续箱梁桥结构空间效应影响面的建立方法[J].桥梁建设,1999,(2):61-64.