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1、斜桥与弯桥分析北京迈达斯技术有限公司2007年8月1. 斜桥11.1概述11.2斜交桥梁的受力特点11.3建模方法22. 弯桥32.1概述32.2弯桥的受力特点32.3建模方法42.4弯桥建模例题51.斜桥1.1概述桥梁设计中，会因为桥位、线型的因素，而需要将桥梁做成斜交桥。斜交桥受力性能较 复杂，与正交桥有很大差别。平面结构计算软件无法对其进行精确的分析，限制了此类结构 桥型的应用。1.2斜交桥梁的受力特点a）钝角角隅处出现较大的反力和剪力，锐角角隅处出现较小的反力，还可能出现翘 起；（图 1.2.1）b）出现很大的扭矩；（图1.2.2）C）板边缘或边梁最大弯矩向钝角方向靠拢。（图123 图
2、1.2.4）MIDAS/CivilREACTION FORCE虽小反力节点=1FZ: 5.4562E+001虽大反力节慮=597FZ: 1.6886E+002ST;自貶MA： : S37MIN ! 1文件：関丈饭楼2 单谊：kN日朗：07归7归007Xi-0.169Ys-0.871Z: 0.462图1.2.1斜交空心板桥支点反力图1.2.2斜交空心板桥扭矩图t.l9454t001O4COCe-H3OO -J82!0*001 -2A7(MZ*00l.ny4ooi 5247O7KXH 3K39*001 -7SZ37l*001lXMXBv*XU-l.l687*O02-129770*002st： aa
3、MAX i 20tt：|mMM : 210MJN i 1207/27007-和070/2007图1.2.3正、斜交板桥自重弯矩图（板单元）图1.2.4正、斜交空心板桥自重弯矩图（梁格单元）这些效应的大小与斜交角度大小也有很大的关系，斜交角度越大，上述效应就越大。一 般来说斜交角度小于20度时，对于简支斜交桥的上述影响可以忽略。如果斜交角度超过20 度就必须考虑上述效应的影响。设计人员还应根据实际情况，找出适当的处理方案。13建模方法对斜交桥梁多用梁格法建立模型。可用斜交梁格或正交梁格来建模。对于斜交角度小于 20度时，使用斜交梁格是非常方便的。但是对于大角度的斜交桥，根据它的荷载传递特性, 建
4、议选用正交梁格，而且配筋时也尽量沿正交方向配筋。图1.3.1斜交梁格与正交梁格2.弯桥2.1概述目前弯梁桥在现代化的公路及城市道路立交中的数量逐年增加，应用已非常普遍。尤其 在互通式立交的匝道桥设计中应用更为广泛。目前出现了很多小半径的曲线梁桥，特别是匝 道桥梁更是如此。此类桥梁具有斜、弯、坡、异形等特点，给桥梁的线型设计和构造处理带 来很大困难。2.2弯桥的受力特点a）弯桥在外荷载的作用下会同时产生弯矩和扭矩，并且互相影响，使梁截面处于 弯扭共同作用的状态，其截面主拉应力往往比相应的直梁桥大得多（图2.2.1）；图2.2.1弯桥弯矩与扭矩b）弯桥在外荷载的作用下，还会出现横向弯矩（图2.2.
5、2）；C）由于弯扭耦合，弯桥的变形比同样跨径直线桥要大，外边缘的挠度大于内边缘 的挠度，而且曲率半径越小、桥越宽，这一趋势越明显。d）弯桥的支点反力与直线桥相比，有曲线外侧变大，内侧变小的倾向，内侧甚至 可能产生负反力，出现梁体与支座的脱空的现象。预应力效应对支反力的分配也有 较大影响；（图223）；MIDAS/CivilREACTION FORCE内力-2 最小反力节，巨=135FZi 1.0264E+002虽大民力1节丙=132FZ: 6.92S7E+003CBmPostCS m:：: gLCE：l;132MIN;135丈件;嘴析计算单也：kN日期；08/08/2007林-方旬卜：1-0.
6、483Y 1-0.837Z: 0,259图2.2.3弯桥反力e）因内、外侧反力的不同，也会使各墩柱所受竖向力出现较大差异。下部结构除 了承受移动荷载制动力、温度变化引起的内力、地震力等外，还承受离心力产生的 径向力等。根据以上受力特点，对于弯桥，在结构设计中，应对其进行全面的整体的空间受力计算 分析，只采用横向分布等简化计算方法，不能满足设计要求。必须对纵向弯曲、扭转作用下， 结合自重、预应力和汽车活载等荷载进行详细的受力分析，充分考虑其结构的空间受力特点 才能得到安全可靠的结构设计。为了减少上述效应的影响，可以采取一些相应的措施：桥跨 中间设置一些横隔板，提高桥梁的稳定性；设置偏心支座或非对
7、称预应力钢筋，尽可能改善 弯梁的受扭状态。23建模方法及要点对于弯桥，可以把它简化为单根曲梁、平面梁格计算，也可以用实体单元、板单元计算。单根曲梁模型。优点：简单，缺点：几乎所有类型的梁单元都有刚性截面假定、因而不 能考虑桥梁横截面的畸变，总体精度较低。梁格法。优点：可以直接输出各主梁的内力，便于利用规范进行强度验算，整体精度能 满足设计要求。缺点：它对原结构进行了面目全非的简化，大量几何参数要预先计算准备， 如果由计算者手工准备，不仅工作量大，而且人为偏差较难避免。实体单元、板单元模型。优点：与实际模型最接近，不需要计算横截面的形心、剪力中 心、翼板有效宽度，截面的畸变、翘曲自动考虑；缺点：
8、输出的是梁横截面上若干点的应力， 不能直接用于强度计算；不能直接考虑预应力问题。a）建立梁单元方法i. 导入CAD图的方法建立模型。此方法要求CAD图的桥梁中心线必须是line线或 pli ne线（多根直线段代替曲线，精度越高越好），CAD中导入的线在Civil中自 动生成单元，一条线对应一个单元。ii. Civil程序直接建立曲线单元。利用桥梁中心线的控制点坐标，在程序中直接建立曲线，然后分割生成多个线单元。b）支座i.单、双支座模拟。在实际支座位置建立节点，定义该节点的节点局部坐标，保证 约束方向与曲梁的切向或径向一致，利用弹性连接（刚性）连接支座节点与主梁 节点，然后利用一般支承来定义支
9、座节点的约束条件。ii.多支座模拟。对于多支座的情况利用单、双支座的方法会导致反力结果误差较大。 因弹性连接（刚性）在程序中是一种刚度较大的梁单元，传递荷载时，也会发生 微小变形，与平截面假定不符。此时，应在实际支座的顶、底位置分别建立节点， 支座底部节点采用一般支承约束（约束D-ALL）,利用弹性连接（一般）来模拟 支座（输入支座刚度），支座顶节点和主梁节点通过刚性连接来连接。（图2.3.1）iii.为了使约束方向与曲梁的切向或径向一致，各支座节点需要定义节点局部坐标 轴。弹性连接模拟支座时，输入相应的Beta角即可。图2.3.1不同连接方法反力结果C）预应力钢束任意线型的曲线桥可以当作是直
10、桥来输入钢束形状。将坐标轴类型选择“曲线”或“单 元”即可。d）自重梁单元内外侧长度不等造成的扭矩，可通过施加偏心均布荷载或均布扭矩来调整。e）离心力首先进行一般的移动荷载分析，利用移动荷载追踪器获得最不利加载位置。按照规 范计算离心力系数，将其与最不利荷载相乘,再除于1+u（离心力不考虑冲击系数）。 然后用梁单元荷载施加即可。2.4弯桥建模例题a）基本资料 桥梁类型：4跨连续箱梁桥梁长度：L=4x30m截面类型：单箱单室（图2.4.1）曲线半径：150mC.!U?.1C：C.liC.7D；.0CC.?uC.451/.jJuf-70：0.8-JC.-lCXIC.l J.2C1C：C 1U.2；
11、.l)U5JI1-1J.uUIL啊Ul Jnt,. mm J模型/导入/ AutoCAD DXF文件DXF文件名：搜索（弯桥桥梁中心线.dxf）选择的层：CENTER J （图242）|窗“toCAD 2lWb -【E:2IH20n1及再、!月蜡现g勺欄2D（J7DII 丈件 C) Mil HE kA a)恪丸 )T* 肚图 Q)轿ta) 日卫费ydqr一= fit 5 ISiClQll 20S- ；WoCnta 卸d、#Xbxf1#図】|S| 亠5JJJJE3吐 WWW/Bx*T99W W28, XCe|MgWt ,mI I人分*/ _V：56- : -52.4458, 141.333, Q
12、G： -, 141 333, Q_ Ib l IItcnf Im ；d id Jtl 3Pi图2.4.2导入CAD图c）边界条件本例题桥梁除了两侧桥台为双支座，中间桥墩支座均为单支座。为了保证每跨的扭矩分布均匀，对于中间桥墩安装了预偏心支座。首先利用程序中的旋转节点功能建立实际支座处节点,并利用一般支承定义各支座 的约束条件。（图2.4.3）模型./节点/旋转窗口选则（节点2）复制次数 1旋转角度 -90间距（径向） 1.55-0.4 （径向复制距离=支座至梁中心距离一1号单元 长度）旋转轴 绕z轴第一点：选择（节点1）适用Civil 2006 - F: Docuents and Sett i
13、ngshazij inanIy DocuentsW建文杵夹l弯岳辅助模型 * - 模型窗口常用轴线/捕捉UCS/GCS观图控制|激活:建模助手节点单元特性边界/质量阶段|荷载移动沉降结果影响繼/影响面查询:J 卫丫咼基本*瓊F /心匕綁念人7気文件E）編辑视图但）模型画荷载也）分析迢）结果（E）设计迫）模式（Q）查询（Q）工具窗口辿）帮助迫）=D Q冒贡：鳥耳总闻&心雋氈画莎乐禺浏矚费树形菜单节点|单元边界条件质量荷载I旋转节点节点起贻号：1142Z1丄J厂形式忆复制 厂移动旋转a等角度 C任意角度 复制次数：徒转角度：|-90间距径向）:|1- 15间距旋转釉向）：厂葩转轴:r x轴适用） I关闭 I席绕工轴C绕两点定义的轴第_点：|-58.3358,. 139. 第二点：|o_. 0, 0硬合并重复节点厂复制节点雇性厂在交叉点分割单元亠It I： s4 X信息窗口4 X节点141坐标：X=-58. 933755, Y=140. 43428, Z=0节点2坐标：X=-58. 3358, Y=139. 0043
