无桥台斜腿刚架桥的受力分析及体会

吴小云，卢红

（江西省交通规划勘察设计院，南昌 330013）

无桥台斜腿刚架桥的受力分析及体会

吴小云，卢红

（江西省交通规划勘察设计院，南昌 330013）

目前采用单孔跨径较大的梁式桥方案，一般有连续梁、连续刚架两种基本体系。无桥台斜腿刚架桥从外形上可认为是桥墩斜置的三跨连续刚构，由于桥墩的斜置和增设了边斜杆，使其结构受力特性发生了变化，受力状态介于梁桥和拱桥之间。论文把无桥台斜腿刚架桥与连续梁、连续刚架受力特点进行比较，并对无桥台斜腿刚架桥的受力特点进行分析。

刚架桥；结构对比；受力分析

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.075

1 引言

目前采用单孔跨径较大的梁式桥方案，一般有连续梁和连续刚架两种基本体系。无桥台斜腿刚架桥从外观上看是桥墩斜置的三跨连续刚构，桥墩的斜置和两侧的边斜杆，使其结构特性发生了变化，受力状态介于梁桥和拱桥之间。设计过程中发现，这种结构的分跨比、边斜杆布置、斜腿角度、基础等有值得研究的地方，文章拟提出一些个人的看法和体会。

2 结构对比

为了说明无桥台斜腿刚架桥在受力上的优点，我们把它与连续梁、连续刚架在等截面并且总跨长相同的情况下做了定性的对比，假定如下：边中跨比为0.6，EI=1，EA无穷大，桥面施加均布载q=1，如图1所示，计算后取出弯矩和轴力进行比较，如图2和图3所示。

3 受力分析及体会

3.1 分跨比

在观察此类桥型计算的弯矩包络图时，发现：主梁中的弯矩与三跨弹性支承连续梁（或连续刚构）相似。当中跨偏大（边跨偏小）时，中跨主梁的最大弯矩差值较大，斜腿上部的弯矩也较大。反之，中跨偏小（边跨偏大）时，中跨主梁的最大弯矩减小，而边跨主梁中的最大弯矩增大。由于边跨主梁是拉弯构件，不宜承受过大的弯矩。因而，确定分跨比就存在一个优化问题。

边斜杆和斜腿的弯矩随分跨比增大，呈现出受双向异号弯矩，计算表明，当分跨比在0.5~0.6之间时，其弯矩绝对值达到最小值，且边斜杆和斜腿处在受压状态，利于混凝土截面的受力模式。

3.2 主梁

该桥结构弯矩图虽与连续梁、连续刚构的主梁弯矩图相似，但主梁的弯矩峰值比连续梁、连续刚构的弯矩峰值要小，这是因为边斜杆将主梁固结，限制其变形，使其边跨的负弯矩和正弯矩的绝对值均小于相应连续梁、连续刚构的主梁弯矩；中跨由于斜腿提供的强大压力，使得其弯矩也偏小。

主梁在桥面宽较小时常用“T”型或“π”型，桥面宽较大时常用多肋型或箱型，立面一般采用变截面形式，跨中梁高同斜腿支承处梁高比值一般在0.4~0.5之间，比连续梁和连续刚构要略小些。

3.3 斜腿

斜腿不同于其他竖直的桥墩：斜腿的轴向力可分解一个水平分力，使中跨主梁承受水平压力。当斜腿的竖向倾角很小（斜腿陡）时，水平分力就较小，此时与门式刚架比较接近，显然未充分发挥该结构的特长；但斜腿的竖向倾角过大（斜腿坦）时，水平分力就较大，对桥墩受力极为不力。

从主梁受力结果分析，斜腿竖向倾角增大是有利的：中跨主梁的弯矩和边跨主梁的拉力变化不明显，而中跨主梁却能获得较大的轴向压力，为此应当适当增大斜腿倾角（斜腿坦）。但随着倾角的增大，下部结构水平推力也逐渐增大，对基础不利，故不宜取较大值。

由于斜腿刚架桥中跨的受力与拱桥有些相似，拱桥的矢跨比不宜过小，常用1/5~1/6。理论上当m=2.24、f/L=1/6时，拱脚的水平倾角大致是45°。无桥台斜腿刚架桥由于边斜杆的存在，其单向水平力比相应拱桥小，因此斜腿竖向倾角可适当增大些（斜腿坦），但倾角增大会造成下部基础的水平推力以及斜腿上端截面的弯矩也会随之增大，因而应根据地质情况、外观布置等因素，综合考虑将斜腿的竖向倾角采用在35°~45°之间为宜。

斜腿在立面尺寸上宜取上宽下窄，不仅是受力的需要，而且在景观上也有不错的效果。

3.4 边斜杆

无桥台斜腿刚架桥的基础推力比连续梁、连续刚构要大许多，但由于边斜杆固结作用，相当部分斜腿和基础的水平推力和基础被平衡掉了，而且两侧边斜杆均埋置于路堤中，其土压力也有利于减小基础的不平衡推力（建议设计时不考虑）。

一般做法是将其沿路堤斜坡设置，一般为1∶1.5或1∶1，定边斜杆的尺寸和位置也一般等主梁和斜腿的尺寸定好后，根据实际情况进行布置。

3.5 基础

图1 结构示意

图2 弯矩对比

图3 轴力对比

一般选择单排桩或多排桩，多排桩稳定性好，抗弯刚度较大，能承受较大的水平荷载，水平位移小，但多排桩的设置将会增大承台的尺寸，增加施工困难；单排桩与此相反，能较好地与结构形式配用，可节省圬工，减小作用在桩基的竖向荷载。

应该指出，此种桥型的基桩是受斜向荷载作用的，不仅其水平分力使得桩身产生较大的弯矩和挠曲变形，竖向分力也会由于桩身挠曲变形的出现而产生附加弯矩，而附加弯矩又将影响到桩身挠曲变形的增加。此外，桩侧土体的弹性抗力分布也非常复杂，在工程中往往采用简化的计算方法，即将桩顶竖向分力和水平向分力分开计算，显然这种计算方法只适用于线弹性小的变形情况，具有一定的局限性。

4 结语

随着这种结构形式的不断推广，无桥台斜腿刚架桥必将朝着大跨径方向发展，主要的影响因素有三个。因素一，推力对下部基础的不利。考虑方法：采用竖直桩与斜桩配合的形式将明显增加桩基抗水平力的能力和稳定性；还可将两承台用系梁连接起来，对于地质条件较差的情况可与桩基方案进行比对。因素二，边跨是不利的弯拉构件。考虑方法：采用张拉预应力束可以解决；采用组合结构减轻自重。因素三，超静定结构产生的自内力。考虑方法：改进施工方法，可以释放掉相当的约束内力。

【1】凌治平.基础工程[M].北京：人民交通出版社，1997.

【2】赵明华.桥梁桩基计算与检测[M].北京：人民交通出版社，2000.

【3】李靖森.桥梁结构综合计算中柔性深基础支承模型的建立[J].公路，1994（4）：55-57.

Stress Analysis on Non Abutment Slant Legged Rigid Frame Bridge

WUXiao-yun,LUHong
(JiangxiTransportationPlanningReconnaissanceandDesignInstitute,Nanchang330013,China)

At present, the single hole span large beambridge scheme, generallyincludingcontinuousbeam, and continuous rigid frame two basic systems.The non abutment slant legged rigid frame bridge isa three span continuous rigid frame of bridge pier fromthe appearance.Due to the pier inclined and the addition of the diagonal rod, stress characteristic has changed,leading the stress is state between beam bridge and arch bridge.In this article,the non abutment slant legged rigid frame bridge ,continuous beam and continuous rigid frame stress characteristics are compared. And analysis the force characteristics of the non abutment slantleggedrigidframebridge.

steelbridge;structurecomparison;stressanalysis

TU2，U448.36

A

1007-9467（2016）07-0120-02

2016-6-6

吴小云（1980～），男，江西万年人，工程师，从事道路与桥梁设计及研究，（电子信箱）55527910@qq.com。