斜腿倾角对预应力混凝土斜腿刚构桥受力性能的影响.pdf

第 3 4卷第 6期 2 0 1 3年 1 2月 华北水利水 电学院学报 J o u r n a l o f No a h Ch i n a I n s t i t u t e o f W a t e r Co n s e r v a n c y a n d Hy d r o e l e c t r i c P o we r Vo 1 3 4 NO 6 De c 2 O1 3 DOI ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 25 6 3 4 2 0 1 3 0 6 0 2 5 斜腿倾角对预应力混凝 土斜腿 刚构桥 受力性 能的影响 陈 铭 ，梁西建 ，李 晓克 ( 1 河北省水利水电第二勘 测设 计研 究院， 河北 石家庄 0 5 0 0 2 1 ； 2 河 南省 交院工程检测加 固有 限公 司 河 南 郑州 4 5 0 0 0 1 ； 3 华北水利水 电大 学 土木 与交通 学院， 河南 郑州 4 5 0 0 4 5 ) 摘 要 ： 为 明确斜腿倾角对预应力混凝土斜腿刚构桥受力性 能 的影 响 ， 结 合某预应 力混凝 土斜腿 刚构桥 的优化设 计 ， 分 析了斜腿倾角 变化对桥梁控制截 面的内力 、 应力和位移的影响规律 从 有利于桥梁 承受弯矩 、 剪力和 轴力 ， 有利 于控制最 大应力和位移等不 同角度 ， 得出了适宜的斜腿倾角取值范 围 综合考 虑各方面 因素后 ， 推荐该桥的斜腿倾角范围为 4 0 。 5 O 。 研究成果对类似桥型设计具有参考价值 关键词 ： 预应力混凝土桥 ； 斜腿 刚构 ； 受力性能 ； 内力 ； 应 力 ； 位移 ； 斜腿倾角 中图分类号 ： U 4 4 2 5 文献标 识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 5 6 3 4 ( 2 0 1 3 ) 0 6 0 0 8 8 0 4 在城市桥梁中， 采用下部斜构方式可以起到增 加桥梁整体结构灵动性 ， 增强美观效果 ， 减小下构阻 水系数 ， 提高过水能力 的作用 从桥梁结构受力 角度考虑， 斜构可以为中间跨提供轴向压力， 有利于 桥 梁主梁 受力 状态 的改 善 ， 因此适 于 在 中型跨 度 桥 梁 中推广 应用 笔者 结合 工程实 例设 计 ， 分析 了 斜腿 倾 角对预 应力混 凝 土斜腿 刚构桥 受力 性能 的影 响规律 这种有推力结构所用的材料较省 ， 建筑高度 较低 ， 目前 已成为大多数发达国家高等级公路跨线 桥的首要选择 其中该桥型的斜腿倾角是影响桥梁 控制截面内力 、 应力和位移的关键因素 1 桥梁结构及计算模型 1 1桥 梁 结构概 况 某 预应力 混凝 土斜 腿 刚构桥 梁 跨径 9 0 m， 边 中 跨 比值约为 0 8 采用单箱三室箱型截面 ， 跨 中截面 梁高 1 5 0 m， 梁腿刚结处梁高 2 8 0 m， 支座处截面 梁高 1 5 0 i n ， 箱梁顶板厚 0 2 5 m， 底板厚度 以抛物 线形式从 0 2 0 m过渡到 0 5 0 m 斜腿采用矩形截 面 ， 厚度 为 1 0 0 m， 主梁 刚结 处 的斜腿 宽度 ( 垂 直 斜 腿 中线 ) 为 2 6 8 6 i n ， 斜 腿底 部 宽 度 为 1 5 0 m， 斜 腿 总长 为 9 6 4 6 m， 斜 腿从 腹 板 边 缘 沿 桥 宽方 向依 次 布置 4个 箱梁的纵断面如图 1 所示 图 1箱梁纵断面 ( 单位 ： c m) 收稿 日期 ： 2 0 1 31 01 5 基金项 目： 生态建 筑材 料与结构 工程 河南 省高校科技创新 团队支持计 划( 1 3 I R T S T H N 0 0 2 ) 作者简 介： 陈铭 ( 1 9 8 0 一 ) ， 男 ， 河北 石家庄人 ， 工程师 ， 硕士 ， 主要从事水利工程勘测设计方面 的研究 通信作者 ： 李 晓克( 1 9 7 5 一 ) ， 男 ， 回族 ， 河南许 昌人 ， 教授 ， 博士 ， 主要 从事混凝土结构设计 理论 及应用方面的研究 9 0 华北水利水 电学 院学报 2 0 1 3年 l 2月 菖 6 0 0 = 二： = = = ： = = = ： 2 0 O 1 一边跨 跨中处 一 2 0 0 +刚结处 = l 一中跨跨 中处 一 6 0 o l- - 1 o o o= i二=ii= = i 一 i i Z 一 斜腿倾角 ( 。) ( a )主梁关键部位弯矩 斜腿倾角 ( 。) ( c )关键部位剪力 吕 Z m。 一 v 钟 Z 一 撂 斜腿倾角 ( 。) ( b )斜腿关键部位弯矩 斜腿倾角 ( 。) ( d )关键部位轴力 图 4 关键部位的内力最大值随斜腿 倾角的变化曲线 斜腿 倾 角 的变 化 对 桥 梁 中 跨 的 轴 力 影 响较 大 ( 图4 ( d ) ) ， 随着斜腿倾角的增加 ， 中跨压力迅速减 小 ， 每 5 。 轴向压力减小的幅度为 1 4 左右 ， 轴向压 力能为中跨提供预压应力 ， 较大的轴向压力对桥梁 有利 ， 斜腿倾 角宜取较小值 3 5 。4 5 。 ； 随着 斜腿倾 角的增加 ， 斜腿顶部和底部的轴力都逐渐减小 ， 变化 规律相似， 每 5 。 轴向压力减小的幅度为 5 左右 ， 过 大 的轴 向压 力对斜 腿 受 力 不 利 ， 所 以从 斜 腿 受 力 有 利角度分析 ， 斜腿倾角宜取大值 4 5 。6 0 。 从有利 于桥梁各部位承受轴力角度综合 考虑 ， 斜腿倾角宜 为3 5 。 4 5 。 2 2 控 制 截面应 力分 析 该桥 各关键部 位最 大应 力 随斜 腿倾 角 的变 化关 系如图5所示 斜腿倾角的变化对桥梁关键部位的拉 喇 斗 堪 斜腿倾 角，( 。) 应力影响较大( 图 5 ( a ) ) ， 随着斜腿倾角的增加， 边跨 跨 中最 大拉应 力逐渐减小 ， 每 5 。 减小幅度约 为2 5 ， 过大的拉应力对桥梁不利 ， 从边跨跨中受力有利角度 分析 ， 斜腿倾角宜取较大值 4 5 。 6 0 。 ； 随着斜腿倾角 的增加 ， 刚结处的最大拉应力逐渐增大， 每 5 。 增大幅 度约为3 3 ， 从刚结处受力有利角度分析 ， 斜腿倾角 宜取较小值 3 5 。 5 0 。 ； 随着斜腿倾角的增加， 中跨跨 中处的最大 拉应力 逐渐增 大， 每 5 。 增 大幅度 约为 3 0 ， 从中跨跨中处受力有利角度分析， 斜腿倾角宜 取较小值 3 5 。 一5 0 。 ； 随着斜腿倾角的增加 ， 斜腿顶部 和中部的最大拉应力减小较快 ， 每 5 。 减小幅度约为 1 7 ， 从斜腿受力有利角度分析， 斜腿倾角宜取较大 值 5 0 。 6 0 。 从有利于该桥梁抵抗拉应力角度综合考 虑 ， 斜腿 倾角宜为 4 5 。 5 0 。 斜腿倾角 ( 。) ( a )关键部位最大 拉应力 ( b )关键部位最大压应力 图 5 关键部位 的应 力随斜腿倾角 的变化 曲线 斜腿倾角的变化对桥梁 的压应力影响较大( 图 5 ( b ) ) ， 随着斜腿倾角的增加 ， 桥梁各关键部位压应 力均减小 ， 较大的压应力对桥梁结构有利 ， 所以斜腿 倾角宜取较小值 3 5 。 4 5 。 2 3控制截 面 位移分 析 该桥各关键部位处的最大位移随斜腿倾角的变 化关系如图 6所示 随着斜腿倾角的增加 ， 桥梁各关 键部 位 的竖 向位移均 出现 不同程度 的减小 ( 图 6 ( a ) ) ， 从减小竖 向位移角度分析 ， 斜腿倾 角宜取较 大值 5 0 。 一6 0 。 ； 随着斜腿倾角 的增加 ， 桥梁关键部 位 的水平位移 总体来说变化不大 ( 图 6 ( b ) ) ， 推荐 倾角的取值范围为 3 5 。 5 0 。 第 3 4卷第 6期 陈铭 ， 等 ： 斜腿倾角对预应力混凝土斜腿 刚构桥受 力性 能的影响 9 1 g 漤 叵 斟 3 结语 吕 1 * 斜腿倾 角 ( 。) 斜腿倾 角 ( 。) ( a )竖 向位移 ( b )水平位移 图 6关键部位 的位移 随斜腿 倾角的变化 曲线 预应力混凝 土斜腿刚构桥 的斜腿倾角 ， 对箱梁 和斜 腿 的受力 性能 具 有 明 显 影 响 ， 是一 个 需 要 优 化 取值的设计参数 结合工程实例 ， 采用整桥设计计算 模 型 进行计 算 分析 ， 得 到 了相 对 于 桥梁 关 键 部 位 内 力 、 应力和位移等设计控制 目标的斜腿倾 角合适取 值范围 综合分析各取值范围之后 ， 指出有利于该实 例整桥受力的合理斜腿倾 角在 4 0 。 5 0 。 比较适宜 同时 ， 该预应力混凝土斜腿 刚构桥边 中跨 比为 0 8 左右 ， 所得结论对同类桥梁有参考应用价值 参 考 文 献 1 刘世 明， 杨竹林 ， 杨建 中 ， 等 钢筋 混凝 土斜腿 刚架桥静 力计 算分析 J 华 北水 利水 电学 院学报 ， 2 0 1 0 ， 3 1 ( 2 ) ： 3 0 3 3 2 刘世 明， 杨建 中 ， 杨 竹林 ， 等 V型墩预应力 混凝土 连续 刚架桥 结 构设 计 分 析 J 华 北 水 利水 电学 院学 报 ， 2 0 0 9， 3 0 ( 5)： 4 04 3 3 L i X i a o k e ， L i a n g X i j i a n ， L i u S h i m i n g S t a t i c a n a l y s i s s t r es s e d c o nc r e t e b r i d g e wi t h s l a n t l e g g e d r i g i d f r a m Ad v a n c e d Ma t e r i a l s R e s e a r c h， 2 0 1 2( 4 4 64 4 9)： 1 1】 7 5 4 郭健 ， 刘 世忠 ， 孙柄 楠 大跨 度预 应力 斜腿 刚构 桥 的结 点应力分析 J 中国公 路学报 ， 2 0 0 2 ， 1 5 ( 1 ) ： 7 88 1 5 中交公路规划设计院 J T G D 6 0 -2 0 0 4公 路桥涵设 计通 用规范 s 北京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 4 Ef f e c t s o f Sl a nt - l e g An g l e o n Lo a di n g Pr o pe r t i e s o f Pr e s t r e s s e d Co nc r e t e S l a nt - l e g Ri g i d Fr a m e Br i dg e C HEN Mi n g ，L I AN G Xi j i a n ，L I Xi a o k e ( 1 He b e i P r o v i n c i a l S e c o n d I n v e s t i g a t i o n ，D e s i g n a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e o f Wa t e r Co n s e r v a n c y a n d Hy d r o e l e c t r i c P o w e r S h i j i a z h u a n g 0 5 0 0 2 1 ，C h i n a ；2 ， He n a n P r o v i n c i a l J i a o y n a n E n g i n e e r i n g De t e c t i o n a n d Re i n f o r c e me n t C o ， L t d，Zhe n g z h ou 4 5 00 01，Ch i n a；3 S c h o o l o f Ci v i l Eng i n e e r i ng a n d Co mmun i c a t i o ns ， N o nh C h i n a Un i v e r s i t y o f Wa t e r Re s o u r c e s a n d E l e c t r i c P o we r ，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 4 5，C h i n a ) Abs t r a c t ：I n o r d e r t o ma k e s u r e t h e e f f e c t s o f s l a n t - l e g a n g l e o n t he me c h a n i c a l b e ha v i o r s o f pr e s t r e s s e d c o n c r e t e s l a n t l e g r i g i d f r a me b r i d g e，c o mb i n e d wi t h t h e o p t i mi z e d d e s i g n o f a p r e s t r e s s e d c o n c r e t e s l a n t l e g r i g i d f r a me br i d g e，t he e f f e c t s o f s l a n t l e g a n g l e o n t h e i n t e r na l f o r c e s，t h e ma x i mu m s t r e s s e s a n d d i s p l a c e me nt s o f c o n t r o l s e c t i o ns o f t h i s b r i d g e a r e an a l y z e d Co n s i d e r i ng t o t h e be n e fit o f b e a r i n g i nt e r n a l f o r c e s s u c h a s b e n di n g mo me n t ，s he a r f o r c e a nd a x i a l f o r c e，a n d c o nt r o l l i ng ma x i mum s t r e s s e s a nd di s pl a c e me n t s，t h e r e a s o n a bl e r a n g e s o f s l a n t a n g l e a r e g i v e n o u t ，r e s p e c t i v e l y S y n t he t i c a l l y r e g a r d i n g t he s e f a c t o r s ，t h e s u i t a b l e r a n g e o f s l a n t - l e g a n g l e o f t h i s br i dg e i s pr o p o s e d a s 4 0。 5 0。 T he r e s e a r c h find i ng s c a n be us e d a s a r e f e r e n c e f o r t h e de s i g n o f t h e s i mi l a r b r i d g e s Ke y wo r ds：p r e s t r e s s e d c o n c r e t e b r i dg e；s l a n t l e g r i g i d f r a me；l o a d i n g p r o p e y；i n t e r na l f o r c e s；s t r e s s；di s pl a c e me n t ；s l a n t a n g l e ( 责任 编辑 ： 杜 明侠 )