第三章 變截面高墩曲線連續(xù)剛構(gòu)受力

同濟大學申請工學碩士論文第三章變截面高墩曲線連續(xù)剛構(gòu)受力分析PAGEPAGE26第三章變截面高墩曲線連續(xù)剛構(gòu)受力分析在影響曲線剛構(gòu)橋受力的眾多因素中,曲率的影響是最明顯的。由于曲率的影響，曲線梁橋產(chǎn)生彎扭耦合效應，結(jié)構(gòu)受力復雜，并且產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)、徑向偏位等變形。以前對曲線梁橋的分析多采用平面梁格或空間桿系程序，并且多是針對立交匝道上小跨徑簡支或連續(xù)彎橋，這樣不能反映箱形截面上應力的分布規(guī)律，也很難體現(xiàn)彎曲、高墩連續(xù)剛構(gòu)的受力特性。對曲線連續(xù)剛構(gòu)來說，無論利用支架現(xiàn)澆還是懸臂方式施工，考慮混凝土長期徐變后結(jié)構(gòu)受力都會趨近于一次落架狀態(tài)，因此有必要了解成橋狀態(tài)的曲線剛構(gòu)的受力特性，本章主要分析平面彎曲、高墩對成橋狀態(tài)下曲線連續(xù)剛構(gòu)的影響。選取曲率半徑分別為100m、300m、620m以及直線橋，墩高考慮為75m、50m、25m等情況下，利用空間板殼有限元分析連續(xù)剛構(gòu)空間位移、應力分布規(guī)律。模型跨徑、尺寸布置參考同濟大學橋梁工程系實施施工監(jiān)控的貓坑溪大橋（三福高速公路），按中心線展開跨徑布置為85+150+85m，采用單箱單室截面，箱梁頂寬12.0m,底寬7.0m,兩側(cè)懸臂長度2.5m。墩頂處梁高9.5m，跨中梁高為2.5m，梁高從根部到跨中采用二次拋物線變化，主梁為50號混凝土，墩身為40號混凝土。模型示意如圖3-1：圖3-1計算模型在有限元模型中，中間兩橋墩墩底設置為固結(jié)約束，兩端橋臺處箱梁腹板中心線上各有一豎向約束，不同曲率、墩高的計算模型，主梁跨徑布置、截面尺寸均相同。3.1平面彎曲對高墩剛構(gòu)自重變形的影響3.1.1豎向位移比較圖3-275m墩高剛構(gòu)中跨跨中頂板豎向位移圖3-375m墩高剛構(gòu)中跨跨中底板豎向位移圖3-450m墩高剛構(gòu)中跨跨中頂板豎向位移圖3-550m墩高剛構(gòu)中跨跨中底板豎向位移圖3-625m墩高剛構(gòu)中跨跨中頂板豎向位移圖3-725m墩高剛構(gòu)中跨跨中底板豎向位移從圖中可以看出,曲線橋的跨中截面豎向位移要比同跨徑的直線橋大一些，曲率半徑愈小、墩身愈高，相應的跨中位移愈大，箱梁內(nèi)外緣高差也增大。在75m墩高情況下，直線橋跨中自重產(chǎn)生的向下?lián)隙燃s為17.3cm，在曲率半徑為300m以上時（T構(gòu)圓心角以下），跨中撓度略有增加；當曲率半徑小于300m時，跨中撓度增加較快，反映出隨著曲率半徑的減小，結(jié)構(gòu)彎扭耦合特性逐漸突出。從本橋計算結(jié)果來看，曲線連續(xù)剛構(gòu)跨中附近主梁外邊緣豎向位移要大于內(nèi)邊緣豎向位移，即梁體在扭矩作用下向曲線外側(cè)扭轉(zhuǎn)，并且隨著曲率的增加，內(nèi)外緣高差逐漸增大，扭轉(zhuǎn)變形趨于明顯。但是對于曲率半徑在300m以上的連續(xù)剛構(gòu)，和直線橋相比，曲率對結(jié)構(gòu)豎向變形的增大影響很小，扭轉(zhuǎn)變形也不突出。同時，隨著墩高的增加，主梁跨中截面的豎向位移有所增加，內(nèi)外緣高差也增大，分析原因在于墩身越高，產(chǎn)生的壓縮變形越大，這時可以把曲線連續(xù)剛構(gòu)看作一簡支曲梁，并在曲線剛構(gòu)的兩中間墩處施加一較大的豎向贅余力，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)和豎向變形。3.1.2徑向位移比較泄圖踐3-875電m損墩高連續(xù)剛構(gòu)帥中跨跨中徑向摘位豆移芽變滋椒圖洞3-950撤m薦墩高連續(xù)剛構(gòu)霉中跨跨中徑向盤位移閑從圖中可以看號出：曲線連續(xù)柳剛構(gòu)中跨跨中匹附近產(chǎn)生偏向銳平曲線外側(cè)的損徑向偏位，并床且曲率越小、對墩身越高，徑道向偏位就越大黨。梁體產(chǎn)生徑冒向偏位的原因融在于墩頂部位類分配了主梁的狼部分扭矩，產(chǎn)洲生向平曲線內(nèi)濃側(cè)的橫向彎曲裕，并帶動了主安梁的徑向偏位裂。貼對于直線橋，嫩則不存在徑向鍬偏移的問題，陣而對于曲線橋愛，曲率半徑愈情小，徑向偏位蜻的問題愈突出政，這個問題在洽曲線剛構(gòu)懸臂停施工過程中變歪得愈發(fā)復雜，茅也是曲線橋線帖形控制的難點吼，有別于一般廚直線橋梁。蛙對于曲線連續(xù)選剛構(gòu)來說，按俯一次落架分析鋸，自重引起的姓徑向變形是很涂小的，但應考圣慮到按成橋售狀態(tài)分析徑向霉偏位是偏不保端守的，原因在啞于成橋狀態(tài)時虹結(jié)構(gòu)剛度很大妹，施工階段結(jié)們構(gòu)處于靜定體鑒系時剛度較小雖，結(jié)構(gòu)徑向偏執(zhí)位效應會放大盟，這一問題將療在下章分析。攤3限.1.3丟扭轉(zhuǎn)角凡分布比較三圖胖3-10育遙墩揉高呼75論m壞剛構(gòu)頂板內(nèi)外辨緣豎向位移比縫較旗圖啟賞名嫁圖券3-1嫂1聲扭轉(zhuǎn)角分布圖罷（講75虧m集墩高曲線剛構(gòu)舍）神圖兇3-1測2拿扭轉(zhuǎn)角分布圖針（臘50溜m雹墩高曲線剛構(gòu)案）淋衛(wèi)搏英圖敲3-1地3啦扭轉(zhuǎn)角分布圖口（碑25科m確墩高曲線剛構(gòu)誕）昨在自重作用下點，曲線橋受彎尼扭耦合效應影贈響，主梁不但鈔產(chǎn)生豎向彎曲巖，而且在扭矩泥作用下產(chǎn)生扭辱轉(zhuǎn)變形。迎圖蒸3-1召0責～漂1攔3稍顯示了不同墩熱高、不同曲率酷下剛構(gòu)的扭轉(zhuǎn)槐角沿橋縱向的忌變化。從中跨近跨中慌到惑L/糧4銅附近，產(chǎn)生外保側(cè)低內(nèi)側(cè)高的汽扭轉(zhuǎn)角，并在隔跨中為最大扭鑒轉(zhuǎn)角；從主繪跨責L/飄4冷到邊庭跨降L/圖2腹范圍，為內(nèi)側(cè)三低外側(cè)高的扭駕轉(zhuǎn)角，在墩頂句附近扭轉(zhuǎn)角曲藥線存在極值點磚。但從碌圖位3-親9恒內(nèi)外緣豎向位牢移分布圖來看礦，雖然墩頂附表近扭轉(zhuǎn)角較大向，但從酷圖趙3-1威0縣可以看出內(nèi)外植緣豎向位移高梯差絕對值是比窩較小的；跨中忠附近內(nèi)外緣豎尼向位移高差相炊對較大。對于檔不同曲率半徑堡的曲線剛構(gòu)來鄙說，扭轉(zhuǎn)角沿棟縱向分布曲恒線是相似的，舍幾乎在同一位澇置出現(xiàn)極值點鉆和轉(zhuǎn)折點，隨冷著曲率的增大站，墩高增加，鏡扭轉(zhuǎn)角的絕對科值也逐漸增大忠，內(nèi)外弧高差抵趨于明顯。儀對行于歡75缸m什墩高葉、弦620獄m楊曲率半徑的貓網(wǎng)坑溪大橋，按陽一次落架成橋車分析，中跨跨界中最大扭轉(zhuǎn)角途為裝0.0001最7戶，內(nèi)外弧高差省約評為明2.5mm芒,狹其扭轉(zhuǎn)變形相艘對于豎向變形身可以忽略不計肚。喝3峽.2咸平面彎曲對剛薄構(gòu)自重應力的什影響鑼圖搖3-1獎4均～悲1腎7枕為曲線剛虧構(gòu)頑(75m紛)降在自重作用下蚊的正應力云圖差：服圖探3-14厚300崗m違半徑下剛構(gòu)頂找板上邊緣正應結(jié)力圖（單位踐為求P沒a帝）腸圖秀3-15瞧620灣m腫半徑下剛構(gòu)頂叨板上邊緣正應視力圖（單位踐為允P植a奏）州圖珠3-16紀300偏m鍵半徑剛構(gòu)底板答下邊緣正應力異圖（單位砍為舟P如a聲）模圖允3-17墾620飯m困半徑剛構(gòu)底板澤下邊緣正應力助圖（單位勤為置P捷a鉛）艙圖督3-1捷8溫～眼2旗5宮為中跨各截面蜜和墩頂截面處惠頂?shù)装鍛ρ毓驑驒M向的分布手規(guī)律：謠圖駱3-18愿彼中跨跨中頂板旨正應聽力腔咱淋委夜衛(wèi)印圖貍3-19中刊中跨跨中底板吧正應力慶錫桿圖規(guī)3-20積臘中箏跨練3/鞠8表跨處頂板正應稠力使已增刪亂理圖宋3-2份1納中扶跨蛇3/嶄8索跨處底板正應默力記圖脖3-22刷老中綿跨房1/畫4暖跨處頂板正應謎力片榨優(yōu)用幕圖禁3-23版躬中駱跨租1/爹4走跨處底板正應紹力揀撲圖扇3-24增跪墩頂處箱梁頂解板正應潔力曾昌悔杠粘頭圖蕉3-25宅竭墩頂處箱梁底察板正應力浙從圖中可以發(fā)夢現(xiàn)：能同直線橋一樣籮，變截面曲線罪剛構(gòu)橋中頂板嗎正應力從跨中腫向支點由壓應擇力逐漸變?yōu)槔w應力，所不同好的是，直線橋膠截面正應力在槳橫橋向是對稱瘡的，而曲線橋秧由于彎扭耦合屆效應的存在，菠截面內(nèi)外側(cè)正迎應力有所差別抱，并且曲率愈原大，此應力差禍別愈明顯。隆跨中附近頂板點上邊緣正應力滔內(nèi)弧一側(cè)較外角弧一側(cè)為大，橫而底板下邊緣以正應力內(nèi)弧一魚側(cè)小于外弧一功側(cè)，反映出跨乒中附近主梁在裂自重作用下蝕內(nèi)側(cè)高外側(cè)低竹的扭轉(zhuǎn)變化的逝影響。孩與直線剛構(gòu)橋尾相比，曲線剛?cè)菢?gòu)橋在相同跨石徑位置處（按像中心線展開）婚截面最大拉、鎮(zhèn)壓應力絕對值暫要大一些，表爪現(xiàn)出曲率愈大結(jié)，則截面上最托大拉、壓應力葬絕對值愈大。剛因此在曲線剛柴構(gòu)設計中，其埋梁高等尺寸應編比相同跨徑的盼直線橋大一些扔，以提供足夠叔的承載力。旱曲線梁橋截面排正應力橫向分普布不均勻，并欠且絕對值大于奉直線橋，應在姜設計中給予重蜜視。但在高速厭公路常用曲率叮半徑范圍內(nèi)，閱應力分布情況醒與直橋相比差陶別不是很大。猜3.鄉(xiāng)3障平面彎曲對邊汪墩鬧(晝臺監(jiān))專支撐反力的影充響屬表映3-1方局曲、直剛構(gòu)邊榜墩支座反力比鞏較表就剛構(gòu)墩身高度垮支座位置航半徑揚100錢半徑鏟300測半徑貫620壯直線箱梁但支撐反力親比例恨支撐反力稠比例行支撐反力狹比例動支撐反力乎比例輔75m謙內(nèi)邊支座處2432矮81%槍2769匙94%法2852煎97%虜2944法100%梯外邊支座目3558嗓119%貢3132家106%果3040灶103%移2944耀100%截反力差值障1126埋38%扭363將12%琴188護6%禽0窩0%胸50m浴內(nèi)邊支座秤2382贏80%寬2731激92%嘆2859藝96%茅2995沫100%看外邊支座商3601售120%貓3234呼108%媽3121著104%榮2995君100%僅反力差值禁1219燈41%眠503荒17%蝕262遠9%忙0樸0%俯25m桐內(nèi)邊支座刑2322發(fā)78%鑼2719珠90%余2878聾95%暑3055蛇100%詳外邊支座煤3663機122%衰3301王110%錫3205把105%作3055軍100%壯反力差值壞1341天45%葛582縱19%舞326蔥11%糖0挑0%聰說明立：閑1分.靜所有支撐反力畫均穗以晚K晨N財為單位披；緩2造.亂計算比例值均摸相對于內(nèi)外弧趙支撐反力平均弱值。販由于曲率的影極響，曲線箱梁紛橋的支撐反力帥與直線箱梁橋租不同，在本計盜算模型條件獻下潮(開這時彎扭剛度擠比、邊主跨徑蹄比一嚷定撐)憐，邊支撐的內(nèi)謙弧支撐反力小意于外弧支撐反煮力，從表中可攜以看出：在常飾規(guī)邊主跨長比丙例哲(0.56陰)睡情況下，隨著塌剛構(gòu)橋曲率增句大，邊支撐處悄內(nèi)弧反力有卸犬載趨勢，而外碼弧反力有加載戶趨勢，因此內(nèi)屋外側(cè)反力差值腔隨曲率增大有這加大的傾向；鑒而隨著剛構(gòu)墩確身高度的增加鐘，邊支撐反力遠分布有明顯變呢化，因此在高越墩彎橋計算支榆反力時必須考擔慮高墩的影響撓。扒在常規(guī)曲率半叔徑魯（英R寫＝渴60疼0穿以上）、常規(guī)飛墩高今（災25m咬）禾情況下，自重總作用下引起的質(zhì)內(nèi)、外弧反力忍與直線橋相比盟有裕5石%購左右的差異，鴉在支撐設計時瓣可在直橋基礎(chǔ)乞上考慮略大管于刮1側(cè)的放大系數(shù)。塞但在小曲率半潑徑情況下，內(nèi)尋外弧支座反力等差別比較顯著掉，甚至可能在靠與人群、汽車羅、溫度等不利兼工況組合下出睜現(xiàn)負反力，即很支座脫空的情捕況，此時必須粗謹慎考慮支座皆的設計。藥3.罵4男本章小結(jié)壯成橋階段自重芒作用下，曲線你連續(xù)剛構(gòu)跨中碰撓度比相同跨拿徑直線橋的跨牢中撓度大。這零主要是因為曲謙線梁彎扭耦合史的作用，自重啊作用產(chǎn)生的彎鵝矩引起扭矩，適扭矩又使得曲轎線梁跨中彎矩絲增大，從而使中曲線橋產(chǎn)生較辜直線橋大的豎州向位移，并有皂扭角產(chǎn)生。貌成橋階段的自悅重作用下，連蘭續(xù)剛構(gòu)受曲率午影響，產(chǎn)生彎谷扭耦合效應，節(jié)內(nèi)外側(cè)腹板應攪力存在酒差別，而且截暑面應力橫向分座布的不均勻性被和應力的均值錫都大于直線箱綁梁。勒高墩對曲線剛觸構(gòu)的結(jié)構(gòu)變形志有很大影響，絕在曲率半徑、殘跨徑等條件一罵致情況下，墩憲身高度增加，搜結(jié)構(gòu)的豎向變聾形、扭轉(zhuǎn)角均精增大；墩身高挺度增加，其豎炭向壓縮變形也覆增大，其影響復相當于把曲線瀉連續(xù)剛構(gòu)看成礦一等跨徑的簡前支曲橋，而在職墩身位置施加恥一豎向贅余力倘，由此引起結(jié)籌構(gòu)較大的豎向投、扭轉(zhuǎn)變形。蓬在高速公路主訪線常用曲率半問徑范圍