[分享]螺旋曲线立交桥梁受力分析

发表于2019-07-15    2213人浏览    1人跟帖    筑龙币+100  复制链接  只看楼主

     在我国重庆等山地城市建设中,往往两条立交道路衔接高差非常大,有时可达到20~30m,而立交往往会受到用地条件的限制,不可能有足够的延展长度。

因此,一种螺旋形的立交匝道桥就跃然于工程设计师们的案头之上。由于受到地形、地物和占地面积的影响,匝道桥的设计往往受到多种因素限制,使得匝道桥多为小半径的曲线梁桥,平曲线最小半径可达到30m左右。

螺旋曲线立交桥梁受力分析_1

重庆融侨大道螺旋桥

螺旋曲线立交桥梁受力分析_2

涪陵乌江二桥螺旋桥

螺旋曲线立交桥梁受力分析_3

上海南浦大桥桥头螺旋立交

今天,我们就以涪陵乌江二桥这个螺旋桥的结构特点为例,对螺旋曲线立交桥的结构受力机理进行分析。

螺旋曲线立交桥梁受力分析_4

对于螺旋式立交匝道来说,一般匝道都形成圆形或椭圆形的布置方式。如果我们把整个螺旋立交看成一个结构物,那么匝道桥的上部主梁结构就是沿着桥墩螺旋式缠绕的一个构件,就犹如我们习以为常的水桶周围的桶箍一样,桥墩被匝道主梁紧紧地箍在一起,形成了一个巨大的“圆桶”。

这样一来,整个结构的受力就变得非常简单了。结构所承受的竖向荷载,通过主梁传递到墩横梁,然后再通过横梁传递给桥墩,这和我们常规的布置方式的结构受力没有太大区别。不同之处在于,因墩梁完全固结使得在温度力作用下,结构的墩、梁受力状况有所不同。正如水桶桶箍的受力一样,主梁在受到温度力作用时,结构的变形将是沿着螺旋匝道的径向伸缩变形。由此可见,在主梁上将产生轴向的拉力或者压力,几乎不会产生横向弯矩。

基于此,在结构设计中,仅需考虑一部分因温度引起的抵抗主梁轴向力的钢筋即可。主梁的伸缩变形,也就同样只是沿着螺旋匝道的径向伸缩,而其变形量是非常小的。这也就是为什么我们仅仅在桥头两端设置伸缩缝,而在主梁中间不设置伸缩缝的原因。

将整个螺旋匝道作为一个整体,建立结构三维有限元模型进行结构分析。计算分析结果表明:整体结构受力体系明确,结构受力满足设计功能要求。螺旋匝道结构新颖,受力复杂,结构受力空间效应非常明显。作为整体连续结构,虽受力较复杂,但传力途径清晰流畅。将桥墩均设置与内、外两幅匝道之间,提升了结构的使用效率。

由于螺旋匝道墩梁固结,结构共同受力,在横载作用下,整个结构的内力分布均匀。桥墩在温度力作用下内力稍高,但对于车辆荷载的偏载作用、汽车制动力、离心力以及墩顶支座摩阻力等水平力作用下,产生的不利因素反应不敏感。

由于螺旋匝道墩梁固结,不设支座,且不设置伸缩缝。在各种工况作用下,主梁的变形连续,避免了曲线梁在汽车离心力和制动力长期反复作用下,主梁向曲线外侧及汽车制动力方向水平错位对结构产生的病害。

在考虑结构本身自重并在桥面施加活载的情况下,结构的静力稳定安全系数为27.1。失稳模态为桥墩径向侧弯。本桥成桥状态的稳定安全系数远远大于4,满足规范中的有关规定。这说明了虽仅在内、外两幅匝道之间设立桥墩,但结构的静力稳定性是完全有充分保证的。  




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 发表于2019-07-15   |  只看该作者      

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