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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:U
448.215文献标识码:B文章编号:1672—9889200904—0028—03OptimalDesignonSideSpanwithSmallRadiusCurveofLong-spanContinuousGirderBridgeLinZhaorongHighwayBureauofFuzhouFuzhou350002ChinaAbstract:BecauseoftheenvironmentalconstraintsfromtopographyandhydrologymainlinenavigationspanofWulongjiangbridgethenewdouble—trackbridgeusing80m+3144m+86mspan—waysinprojectfeasibilitystudystage.Thenorthsideofspansisinthecurveradiusof70mandtheforcetososmallradiusofcurveisverycomplicated.Atthesametimethedesignandconstructionisverydifficultandsuchabeam—bridgeprogramisthefirsttimeathomeandabroadarethereforerequiredtocarryoutthisprogramofresearchandanalysistodeterminethecontrolelementsbasedontheresultsoftheanalysistodeterminetheoptimalspanconfigurationandstructuraltype.Keywords:bridge;continuousbeam;curveofcross-border;optimize;design1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Ⅳ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.场地基本烈度为Ⅶ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.《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一248181kN1TI.不满足规范对于承受弯扭剪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.达到了一152282kNM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80in70m60ITI50m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=3mB=8m和H=6mB=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kNm桥跨长度函景喜主墩身截面日:6ITIB=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.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素:
①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.
②增加了一道伸缩缝行车舒适性受到影响.
③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一153121kNm:轴向为401kNm;剪力纵向为_461kNm:剪力横向为48710kNm;弯矩纵向为一1136028kNm:弯矩横向为44719kNm.4标准组合下2#墩身内力:最大值位于墩顶处扭矩为一13925kNm;轴向为一87681kNm;剪力纵向为一590kNm;剪力横向为379kNm;弯矩纵向为150706kNm;弯矩横向为一189670kNm.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主拉应力值为O.96MPalt;
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要求.参考文献『1]中铁大桥勘测设计院有限公司.福州市乌龙江大桥改造及接线拓宽工程工程可行性研究报告『R
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