多孔无桥台斜腿刚架桥的设铰问题_康俊涛 郑俊杰 王国鼎

截面号
32 38 44 61
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
位移性质
水平位移 竖向位移 水平位移 竖向位移
011 - 0108 - 0194 - 0138 - 0171
表 1 荷载组合 1 控制截面位移汇总
L Α∶L 2
012
013
014
015
- 0152 - 0153 - 0153 - 0153
- 0189 - 0185 - 0182 - 0181
2005 年 第 4 期 康俊涛等: 多孔无桥台斜腿刚架桥的设铰问题
— 31 —
图 6 荷载组合 2 斜腿弯矩 M～ L Α∶L 2关系
图 5、图 6 表明: 斜腿上、下端截面弯矩随着 L Α∶ L 2变化而承受异号弯矩, 当 L Α∶L 2在 013～ 017 之间 时, 斜腿所受弯矩是较为有利的, 此时, 各斜腿弯矩值 相对较小。 1121113 斜腿轴力随 L Α∶L 2的变化分析
康俊涛, 郑俊杰, 王国鼎
(华中科技大学土木工程与力学学院 武汉市 430074)
摘 要: 多孔无桥台斜腿刚架桥是一种高次超静定结构, 温变、收缩、桥墩变位等常常成为控制结构设计的重 要因素, 为了解决这一问题, 结合具体工程实践, 提出了多孔无桥台斜腿刚架桥的设铰方法, 并对设铰前后多孔无 桥台斜腿刚架桥的内力进行了分析, 得出了合理的设铰位置。
关键词: 无桥台斜腿刚架桥; 剪力铰; 设铰位置
多孔无桥台斜腿刚架桥是一种高次超静定结 构, 温变、收缩、桥墩变位等常常成为控制结构设计 的重要因素, 对于连续的多孔无桥台斜腿刚架桥, 在 外荷载作用下, 结构中弯矩分布主要取决于桥梁的 分跨比和截面变化规律, 在这些尺寸确定后, 如果弯 矩分布不够合理, 常使设计者无能为力。为了克服这 一问题, 可以通过在主梁中适当位置设铰, 灵活地控 制结构的内力分布。 文献[ 1 ]将铰的形式采用推力 铰, 设在主孔主梁中的适当位置, 这对于单孔的无桥 台斜腿刚架桥来说, 不仅可以作为一种好的施工方 法, 而且可以通过对设铰位置的调整, 对结构的内力 分布进行有效的调整, 但对于多孔的无桥台斜腿刚 架桥来说, 由于超静定次数更高, 铰的合理形式和适 当位置的确定, 就显得尤为重要。 文献[ 2 ]对单孔的 无桥台斜腿刚架桥的分跨比进行了讨论, 得出了副 孔与主孔的比值在 016 左右比较适合的结论。本文 结合具体的工程实践, 对多孔无桥台斜腿刚架桥设 铰的问题进行探讨。
综上所述, 我们建议多孔无桥台斜腿刚架桥的 设铰位置在 L Α∶L 2= 013～ 016 较为适合。
2 设铰与不设铰的比较 多孔无桥台斜腿刚架桥超静定次数很高, 温变、
桥墩不均匀下沉等常常控制结构设计。 我们结合广 东梅州同福大桥这一实际工程, 对设铰 (L Α∶L 2 = 013) 与不设铰的多孔无桥台斜腿刚架桥, 进行了受 力分析比较, 结果表明:
(1) 多孔无桥台斜腿刚架桥, 设铰前后, 结构恒 载作用下的弯矩有较大变化, 但最大正负弯矩绝对 值之和没有多大变化;
(2) 活载作用下产生的弯矩总体变化不大, 设铰 的情况稍稍不利一些;
(3) 设铰之后, 在温度变化、桥墩变位作用下, 除 个别截面的弯矩比无铰结构有所增加外, 整个结构 的弯矩均有显著降低;
(1) 在不同的地方设铰时, 各结构体系均取相同 的结构尺寸、材料及荷载标准;
(2) 计算结构内力的目的在于分析结构的合理 布置, 为此计算图式为运营状态的结构体系, 不考虑 施工过程的应力叠加;
(3) 图 1 示出了内力和位移的计算截面编号; (4) 荷载组合 1 (恒载) , 荷载组合 2 (112 恒载+ 114 汽车荷载) ; (5) 内力符号见图 2, 图中所示方向均为正, 竖 向位移方向以向下为正, 水平位移方向以向右为正; (6) 计算内容包括内力和位移。 内力有自重(含二 期恒载) , 汽车 - 20 级, 挂车 - 100 以及升温 25℃, 降温 25℃ 时结构控制截面的弯矩、轴力; 位移包括 跨中截面的竖向挠度和斜腿顶端的水平位移。
综上所述, 对于多孔无桥台斜腿刚架桥, 从上述受 力分析可知: L Α∶L 2在 013～ 016 范围内较为有利。 11212 不同 L Α∶L 2的位移比较分析
在结构位移计算中, 主要计算了两种位移: 一种 是主梁跨中的竖向挠度; 一种是斜腿顶面的水平位 移。表 1、表 2 给出了L Α∶L 2从 011 变化到 019 时, 荷载组合 1、荷载组合 2 各控制截面的位移汇总。
1121112 斜腿弯矩随 L Α∶L 2的变化分析 斜 腿 弯 矩 M 与 L Α∶L 2 的 关 系 见 图 5、图 6
所示。
大, 且 L Α∶L 2在 013～ 017 之间变化时, 跨中截面正 弯矩变化不大。
(2) 主梁中的负弯矩控制截面 (44、55 截面) 弯
矩 M 随着 L Α∶L 2增大的变化趋势是: L Α∶L 2在 011
— 3 2 — 公 路 2005 年 第 4 期
面的竖向位移相对不大; (2) 斜腿顶端截面水平位移随着 L Α∶L 2的增大而
增大, 从这一点出发, 不难得出 L Α∶L 2 越小越好的结 论。 同时我们也注意到, 虽然水平位移是随着 L Α∶L 2 的增大而增大, 但其变化幅度很小, 所以我们可以认 为: L Α∶L 2 对斜腿顶端的水平位移影响不大。
L Α∶L 2的增大有所变化, 但变化值均不大; 但在组合 2 荷载作用下, 变化较大, 且当 L Α∶L 2 在 013～ 017 之间时, 斜腿内有较大的轴向压力, 对斜腿受力较为 有利。
(2) 斜腿恒载压力及相应不利弯矩组合的轴力 分析: 由于斜腿是偏心受压构件, 在弯矩较小时, 希 望斜腿中能保持较大的轴向压力, 以使偏心距进一 步减小, 因而从图中的压力变化可知: 当 L Α∶L 2 = 013～ 016 时, 一方面斜腿上、下端截面的弯矩均较 小, 同时又保持有相当的轴向压力。
截面号
32 38 44 61
位移性质
水平位移 竖向位移 水平位移 竖向位移
011 - 1117 - 2134 - 1103 - 1190
表 2 荷载组合 2 控制截面位移汇总
L Α∶L 2
012
013
014
015
- 1119 - 1120 - 1120 - 1120
- 2128 - 2119 - 2113 - 2109
- 1109 - 1111 - 1111 - 1111
- 1192 - 1193 - 1195 - 1199
016 - 1122 - 2104 - 1112 - 2106
017 - 1125 - 1199 - 1116 - 2116
018 - 1129 - 1191 - 1121 - 2126
cm
019 - 1134 - 1182 - 1127 - 2134
- 0145 - 0145 - 0145 - 0146
- 0173 - 0173 - 0173 - 0173
016 - 0154 - 0180 - 0147 - 0176
017 - 0156 - 0177 - 0149 - 0181
018 - 0158 - 0171 - 0152 - 0187
cm
019 - 0161 - 0164 - 0155 - 0193
收稿日期: 2004- 11- 04 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
— 3 0 — 公 路 2005 年 第 4 期
图 2 内力符号规定
11211 不同 L Α∶L 2的内力比较分析
图 1 结构计算简图
1121111 主梁弯矩随 L Α∶L 2 的变化分析 主梁弯矩M 与 L Α∶L 2的关系见图 3、图 4 所示。 从图 3、图 4 不难看出, 随着 L Α∶L 2的变化, 各
控制截面的内力呈如下变化趋势。
～ 015 之间时, 44 号截面弯矩随着 L Α∶L 2增大而减 少, 55 号截面随着 L Α∶L 2 增大而增大; L Α∶L 2 在 016～ 019 之间时, 其截面弯矩变化恰恰相反。 因而 L Α∶L 2不宜取大值也不宜取小值。
图 5 荷载组合 1 斜腿弯矩 M～ L Α∶L 2 关系
© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
(2) 多孔无桥台斜腿刚架桥超静定次数高, 温 变、桥墩变位等常常成为控制结构设计的荷载, 通过 对一座实桥不同的 L Α∶L 2对结构内力的影响, 建议 在副孔中适当位置设置剪力铰, 其合理设铰位置为 L Α∶L 2= 013～ 016。
1 铰的合理设置 111 铰的合理形式
铰的形式不同, 其效果是不同的。在单孔的无桥 台斜腿刚架桥中, 我们常常采用推力铰, 不失为一种 好的设铰方法。 但多孔无桥台斜腿刚架桥超静定次 数更高, 混凝土收缩徐变、温度应力很大, 靠设置推 力铰往往不能达到目的。毕竟, 推力铰只是一种局部 放松的铰, 对高次超静定结构起不到完全释放的作
用, 因此只能采用剪力铰。 112 铰的合理位置
众所周知, 无桥台斜腿刚架桥由于斜腿与主梁 的共同作用, 主孔主梁有较大的轴向压力, 这种压力 可视为“免费的预应力”, 对结构有利; 但同时, 副孔 主梁有轴向拉力, 对结构不利。若剪力铰设在主孔范 围内, 势必破坏这可贵的“免费预应力”, 且由于主孔 跨径较大, 必将造成主孔挠度较大, 故将剪力铰设在 副孔范围内。 为了寻求合理的设铰位置L Α, 我们结 合广东梅州同福大桥这一具体工程, 根据L Α∶L 2 的 变化, 对结构的内力做了详细的分析研究, 在计算分 析中采用平面杆系程序, 为了取得同等的比较条件, 在计算中有如下假设和规定: