大跨径连续梁桥小半径曲线边跨优化设计教学内容

1、此文档收集于网络，如有侵权请联系网站删除大跨径连续梁桥小半径曲线边跨优化设计第6卷第 4期2009年 8月现代交通技术ModemTransportationTechnologyVOI.6NO.4Aug.2009大跨径连续梁桥小半径曲线边跨优化设计林兆荣(福州市公路局 ,福建福州 350002)摘要 :受地形及水文环境限制,乌龙江大桥 (新建复线桥 )通航孔主线桥工可阶段采用 80m+3144m+86m 的布跨方式 .峡北侧边跨处于半径为70m 的曲线上 ,平曲线半径小 ,结构受力复杂 ,设计及施工难度很大 ,此种梁式桥方案在国内外尚属首次,因此需对此方案进行研究分析,确定控制要素 ,在分析成果

2、基础上确定最佳跨径配置及结构型式关键词 :桥梁 ;连续梁 ;曲线边跨 ;优化 ;设计中图分类号 :U448.215 文献标识码 :B 文章编号 :16729889(2009)04002803OptimalDesignonSideSpanwithSmallRadiusCurveofLong-spanContinuousGirderBridgeLinZhaorong(HighwayBureauofFuzhou,Fuzhou350002,China)Abstract:Becauseoftheenvironmentalconstraintsfromtopographyandhydrology,main

3、linenavigationspanofWulongjiangbridge(thenewdouble trackbridge)using80m+3144m+86mspan waysinprojectfeasibilitystudy此文档仅供学习和交流此文档收集于网络，如有侵权请联系网站删除stage.Thenorthsideofspansisinthecurveradiusof70m,andtheforcetososmallradiusofcurveisverycomplicated.Atthesametime,thedesignandconstructionisverydifficult,a

4、ndsuchabeambridgeprogramisthefirsttimeathomeandabroad,arethereforerequiredtocarryoutthisprogramofresearchandanalysistodeterminethecontrolelements,basedontheresultsoftheanalysistodeterminetheoptimalspanconfigurationandstructuraltype.Keywords:bridge;continuousbeam;curveofcross-border;optimize;design1

5、工程概况乌龙江大桥位于乌龙江下游峡口处 ,是福州市南出口的主要通道之一 .老桥全长 548m,跨径组成为 58m+144m+144m+144m+58m,桥面行车道宽 9m,包括两侧人行道在内总宽 12m.大桥两岸山体陡峭 ,接线线路崎岖 ,最小曲线半径在福州侧桥头 ,半径仅为 301TI.乌龙江大桥改造及接线拓宽工程.公路等级为双向 2 车道 2 级公路 ,设计时速为 40km/h:新建复线桥面宽度 12nl,接线路基宽 23m(新建桥与既有桥共线 );大桥设计荷载为公路I 级;航道等级为级航道 ,通航净高为 8In.侧高不小于 5m.通航净宽不小于 120in.上底宽不应小于108in.场地

6、基本烈度为度 .2 总体设计由于福州侧桥头半径仅为30in,在拓宽工程中为增大曲线半径 ,采用在曲线内侧增加拼宽结构,将曲线半径提高到70ITI. 工可方案采用在原乌龙江大桥下游 50In 处新建复线桥的方案 ,与原乌龙江大桥共同形成双向4 车道 ,平面布置见图1.此文档仅供学习和交流此文档收集于网络，如有侵权请联系网站删除待建乌龙江大桥 (左现有乌龙江大桥 (右幅 )乌龙江铁路特大桥f 正在施工图 1 桥位平面图位于乌龙江大桥上游200In 处的福厦铁路乌龙江特大桥和乌龙江大桥老桥主桥均采用3144in主跨 ,为满足近距离设置桥梁的通航要求,经论证只能采用相同的主跨布置.故工可采用桥跨布置为

7、80m+3144m+86m 连续梁方案 ,福州侧边跨位于70m 曲线上 .立面见图 2.作者简介 :林兆荣 (1976 一),男,福建宁德人 ,工程师 ,主要从事公路养护计划管理和工程项目实施管理工作 .第 4 期林兆荣 :大跨径连续梁桥小半径曲线边跨优化设计.29?一 ,4 小半径曲线连续梁受力体系优化分析图 2 工可方案桥梁立面 .图3 小半径曲线边跨连续梁受力分析直线段主梁属常规结构 .而本桥小半径曲线段出现在大跨度梁式桥整个边跨 ,这种结构在国内没有 ,在国外亦较为罕见 ,需要进行详尽的分析 ,摸清结构受力特点 .采取与结构受力相符合的结构形式 .曲线段梁体采用与直线段基本一致的结构尺

8、寸 .采用 MidasCivil 有限元软件建立桥梁结构空间有限元模型 ,如图 3,图 4 所示 .计算结果表明 :(1)运营阶段截面最大主拉应力出现在曲线段与直线段交接的墩顶处 ,达到了 24.8MPa,该值远大于规范相关要求 .(2)承载能力极限状态下 ,该桥的最大扭矩达到一 248181kN?1TI.不满足规范对于承受弯,扭,剪此文档仅供学习和交流此文档收集于网络，如有侵权请联系网站删除作用构件的截面要求 .图 3 计算模型图图 4 曲线梁段模型图根据计算结果 ,结合结构特点 ,分析认为 :(1)由于该桥曲率较大 ,扭转剪应力值过大是主拉应力值过大的主要原因.(2)自重 ,预应力 ,汽车

9、荷载 ,基础沉降对结构的扭矩值影响较大 .其中 ,自重作用下的扭矩值最大 .达到了一 152282kN?M,占总扭矩的 75%.所以只有解决结构的扭转问题才能减小扭转剪应力和扭矩 ,由于主拉应力 ,扭矩与规范值相差悬殊 ,工可阶段连续梁方案不适应本桥边跨小半径曲线结构 ,需要改变结构受力体系 .4.1 边主墩处边界条件变化后分析主墩处负扭矩值过大 .假如在该处设置双支座可能会导致外侧支座卸载甚至出现负反力,因此将1 样墩 (边主墩 )处墩梁固结处理 .将模型曲线段跨长分成80in,70m,60ITI,50m分别进行分析计算 .主墩的墩身按矩形截面进行计算 ,分别取 H=3m,B=8m 和 H=

10、6m,B=8in. 其中 :为纵桥向厚度 ,为横桥向长度 ,计算结果见下表 :表 1 自重作用下曲线梁段内力结果表kN?m桥跨长度函景喜主墩身截面 (日 :6ITI,B=8m)桥跨长度一主墩顶扭矩桥台扭矩主墩顶纵向弯矩从表 1 可以看出 :(1)采用墩梁固结形式之后,主墩顶处的梁体扭矩值明显减少 .此文档仅供学习和交流此文档收集于网络，如有侵权请联系网站删除(2)墩身分担了一部分原双支座时曲梁段所承受的纵向弯曲 ,导致主墩顶处弯矩明显减少.(3)增大墩身截面 ,降低主墩顶纵向弯矩对该位置扭矩的减小是有利的.(4)边跨越小 ,墩台扭矩越小 .但由于边跨减小 ,需设置配跨压重 ,为此带来以下不利因

11、素 :配跨压重结构与主桥边跨端部上部结构需设置牛腿 ,其构造特点易成为桥梁薄弱部位.主桥结构在运营后的支座更换等维护工作难以展开.增加了一道伸缩缝 ,行车舒适性受到影响 .辅助墩墩顶纵向由单支座变为双支座.增加了规模 .(5)采取在 80in 边跨中增加辅助墩的方案较为合适 .4.280131 边跨中增加辅助墩分析边主墩处采用墩梁固结处理,同时在曲线段边跨中增加辅助墩 ,形成新桥跨布置及新结构体系.?3O?现代交通技术 2009 生采取的具体措施如下 :(1)曲线梁段桥跨布置由原方案的1 跨 80m改为 2 跨 31m+49m,桥跨布置如图 5 所示 .(2)将 2#墩处 (原 1#墩处曲线段

12、与直线段交接处 )的边界条件由原方案的抗扭支座改为墩梁固结 ,形成跨径布置为 31m+49m+3144m+86m 刚构一连续梁混合体系 .(3)曲线梁段截面腹板加厚至 1.2m,其中 2#墩与辅助墩处梁体截面腹板加厚至2m;增大辅助墩处抗扭双支座的支座间距至12m.曲线段结构构此文档仅供学习和交流此文档收集于网络，如有侵权请联系网站删除造图如图 6 所示图 531m+49m+3x144m+86m 桥跨布置图图 6 曲线段结构构造图4.3 刚构一连续梁混合体系结构计算分析设计采用 MidasCivil 有限元软件建模分析 ,得到的主要控制计算结果如下:(1)运营阶段曲线梁段截面上缘正应力:控制截

13、面 2#墩处最大正应力为14.1MPa(压应力 ),最小正应力为 0.39MPa(压应力 ),满足规范要求 .(2)短效组合下曲线梁段主拉应力:最大值在辅助墩处 .达到 0.96MPa.其余各截面均满足规范要求 .(3)承载能力极限状态下曲线梁扭矩内力:最大扭矩值发生在墩梁固结处 ,该处扭矩为一 153121kN?m:轴向为 401kN?m;剪力纵向为 _461kN?m:剪力横向为48710kN?m;弯矩纵向为一 1136028kN?m:弯矩横向为 44719kN?m.(4)标准组合下 2#墩身内力 :最大值位于墩顶处 ,扭矩为一 13925kN?m;轴向为一 87681kN?m;剪力纵向为一

14、 590kN?m;剪力横向为 379kN?m;弯矩纵向为 150706kN?m;弯矩横向为一 189670kN?m.(5)运营阶段结构反力 ,如图 7 所示 .加_ b794图 7 运营阶段结构反力图 (单位 :kN)根据以上计算结果分析可知:(1)正常使用极限状态短效组合下结构最大此文档仅供学习和交流此文档收集于网络，如有侵权请联系网站删除主拉应力值为 O.96MPa<0.4A=1.096MPa, 满足规范要求 .(2)运营阶段荷载组合作用下内,外侧支座均不出现负反力 .(3)截面尺寸满足规范要求的剪,扭复合作用下的截面最小尺寸要求 ,且承载能力满足规范要求.5 结语通过相关的分析计算表明.本桥原工可阶段连续梁方案 (80m+3144m+86m 的布跨方式 )不适应小半径边跨曲线结构 ,需要改变结构受力体系.本文通过变化工可阶段1#主墩 (主桥直线与曲线段连接处 )边界条件 ,以及在峡北侧曲线边跨增加辅助墩形成新桥跨布置 (新桥跨布置为 31m+49m+3144m+86m),并利用有限元软件建模分析得出了新跨径布置的受力更加合理.满足本桥小半径边跨曲线结构受力