方淑君 戴公连 曾庆元
（中南大学土木建筑学院 湖南长沙 410075）
摘要：通过连续曲线箱梁桥的模型试验，探讨了该结构在预应力和使用荷载作用下的挠度、支座反力及径向位移。试验为立交桥的设计提供理论依据，也为弯梁理论研究提供实践基础。 关键词：模型试验，连续曲线箱梁，挠度，支座反力
Model Test of Continuous Curved Box Girder
Fang Shujun Dai Gonglian Zeng qingyuan
（School of Civil Engineering and Architecture, Central South University, Changsha,410075）
Abstract: In order to investigate the structural behavior, as flexibility, radical displacement and supporting force, of a continuous curved box girder, a model test of a continuous curved box girder under tension prestressing and service loading. The experiment provides a basis of grade separation design in particular as well as the theoretic study of curved girder.
Keywords: model test, continuous curved box girder, flexibility, supporting force
1 前言
城市立交匝道桥结构中，由于受到线形和地面交通的影响，有些曲线箱梁桥结构往往必须采用独柱支撑方式。独柱单点支承曲线箱梁桥多采用连续体系，故其单点支承体系的选择及支座的设置方式对梁体的受力行为至关重要。国内外有不少独柱单点支承曲线箱梁桥发生整体移位现象，或者发生支座脱空现象，更有甚者发生箱梁倾覆现象，单点支承体系和支座设置不当是其主要原因。故应对独柱单点支承曲线箱梁桥单点支承体系及支座设置方式进行深化研究，探讨合理的扭跨范围和支座预偏心设置方式，提高梁体的抗扭和抵抗面外变形的能力，尤其是提高梁体在极端荷载（如过高的温度变化或超重车队）下的抗扭和
抵抗面外变形的能力。
曲线箱梁结构空间内力计算方法及程序，国内外已做过一定程度的研究。如可以借助SAP系列、ADINA、ANSYS系列分析程序对某一特定结构进行力学分析，但这些程序很难模拟桥梁结构在施工阶段及成桥阶段的工作情况。而现行的分析软件大都没有经过大型模型试验的验证，特别是曲梁在预应力作用下与直线梁有很大不同，在预应力作用下支座反力的确定是设计中的突出问题，大型通用程序ANSYS，SAP等很难进行预应力施加过程的计算。
本文着重从模型试验来探讨曲线箱梁的支座设置、挠度及径向位移，这对准确地掌握支座反力的大小及结构的受力状态，保证结构体系在运营过程中的稳定性，都有实用意义。
2 模型试验
模型以洛阳至湛江铁路通道益阳至永州段宝庆东路立交桥三跨独柱支撑铁路预应力混凝土连续弯梁为原形，按1：5比例缩尺进行设计。模型梁长度为6.09+9+6.09＝21.18m，支座间距为6+9m+6m。中间支座为独柱单点支承，梁端为双支座支承，两支座横桥向中心距为
0.58m。梁高0.6m，箱梁顶板宽1.4m，单箱单室截面，梁体曲线半径为120m。模型梁细部尺寸根据几何相似原则及施工需要进行设计。混凝土设计标号为C50。模型中预应力筋及普通钢筋均按模型与实桥截面配筋率相等的原则进行设计，其中普通钢筋考虑了模型与实桥材料强度系数的影响。模型采用支架现浇施工，待混凝土达到强度后进行张拉，张拉完毕后，卸去支架。在落梁前对支座顶面标高进行准确测定，保证各个支座处在同一水平面上。模型梁中普通钢筋采用φ8钢筋。预应力钢筋采用φ15.24钢绞线，张拉控制应力σK＝1395Mpa。预应力钢筋的布置见图1所示。模型梁测点布置如图2。
图1 预应力钢筋的布置图
注： 1.水平百分表布置在支点截面曲线内侧
2. 标注为梁中心线尺寸
图2 测点布置图（单位：cm）
为了保证模型中的应力状态与实际结构相同，需要附加重量来模拟加大的模型材料密度，并将附加重等效为均布荷载。让模型在自重荷载及外加荷载作用下产生和实桥相同的应力状态，由实桥上恒载、活载的大小，并根据相似理论，可以确定外加荷载的大小。
3 分析
本文着重从试验的角度来分析张拉预应力阶段和正常使用阶段梁的支座反力的变化及梁体的扭曲，包括挠度和径向位移的变化。
3.1 张拉预应力阶段
模型梁的预应力钢筋分四批张拉，第一阶段张拉底板索N3、N4、N7、N8、N11、N12；第二阶段张拉底板索N1、N2、N5、N6、N9、N10；第三阶段张拉顶板索N13、N14、N1
5、N16；第四阶段张拉底板短索N17、N18。
张拉阶段由于支架的影响，各支座反力并不完全对称。预应力钢筋张拉完毕时，支座2、6脱空。随着附加重及二恒作用，梁体与支座2、6逐渐变为接触。
图3～图4为各张拉阶段梁体挠度，图5为各张拉阶段梁体曲线内侧径向位移。从图中可以看出， 水准仪与百分表所测结果基本一致。在张拉阶段一、张拉阶段二，预应力还没有克服自重作用，结构一起变形；到了张拉阶段三，由于预应力作用，梁体扭转，使得梁体外侧位移向上，内侧位移向下；张拉阶段四和拆模阶段扭转加剧，图6为扭转变形示意图。拆模后，曲线外侧两端支点处的挠度分别达到了10.21mm和10.28mm，结构变形对称。随着附加重及二恒逐渐作用，梁体挠度方向与预应力作用下相反，梁体曲线内侧挠度向上，曲线外侧挠度向下；最后，结构发生整体变形，无论曲线内侧、外侧，挠度均向下。
图3 张拉阶段2梁体挠度（向上为正） 图4 张拉阶段4梁体挠度（向上为正）
云雨二十四式
图5 拆模梁体挠度（向上为正） 图6 各张拉阶段梁体径向位移（向曲线内侧为正）
图7 梁体扭转变形示意图
3.2 全桥施加恒载+活载阶段
湖南同志
3.2.1 支座反力
实桥模拟加载采用千斤顶施加荷载，对模型梁进行分级加载。先加到一恒，再加到二恒，然后加到活载。
表3给出了一恒、一恒+二恒、恒载+活载荷载作用下的反力实测值和理论值。从表中数值可以看出，各级荷载作用下支座反力基本对称，且支座反力实测值与理论值基本一致。图8为支座1、3的反力与荷载关系曲线，从图中可以看出，反力随荷载增加基本呈线性变化。
全桥施加活载支座反力实测值与理论值（KN） 表3
测点 | 一恒 | 一恒+二恒 | 恒载+活载 |
实测 | 梁格法 | ANSYS | 实测 | 梁格法 | ANSYS | 实测 | 梁格法 | ANSYS |
支座1 | 18.6 | 17.6 | 17.7 | 25.4 | 25.3 | 25.6 | 39.1 | 42.0 | 41.6 |
支座2 | 13.0 | 20.5 | 20.4 | 18.9 | 29.5 | 29.5 | 28.5 | 49.0 | 48.8 |
支座3 | 202.5 | 伊万格琳娜178.9 | 178.8 | 292.5 | 259.2 | 258.1 | 447.5 | 427.0 | 426.8 |
支座4 | 198.1 | 178.9 | 178.8 | 252.6 | 259.2 | 258.1 | 455.0 | 427.0 | 426.8 |
支座5 | 6.1 | 17.6 | 17.7 | 20.2 | 25.3 | 25.6 | 38.0 | 42.0 | 41.6 |
支座6 | 8.7 | 20.5 | 20.4 | 18.4 | 29.5 | 29.5 江苏沿海经济论坛 | 27.9 | 49.0 | 48.8 |
| | | | | | | | | |
图8 反力与荷载变化曲线
3.2.2 位移测试
各级荷载作用下的的挠度及梁体曲线内侧径向位移如表4、表5所示。从表中可以看出，各级荷载作用下各跨跨中挠度实测值比理论值偏小。在（恒载+活载）荷载作用下，中跨跨中曲线内侧、外侧实测挠度为-4.493mm、-4.042mm；梁格法计算结果为-4.59mm、-4.67mm；ANSYS计算结果为-4.896mm、-4.952mm。图9、10为梁体内侧、外侧挠度曲线，中跨跨中测点挠度随荷载变化曲线如图11所示。从图中可以看出，在使用荷载作用下，各级挠度曲线比较对称，挠度随荷载增加基本上呈线性变化，结构处在弹性工作阶段。
全桥施加恒载+活载挠度实测值与理论值（mm） 表4
测点 | 一恒(2级) | 一恒+二恒（3级） | 恒载+活载（5级） |
实测 | 梁格法 | ANSYS | 实测 | 梁格法 | ANSYS | 实测 | 梁格法 | ANSYS |
百分表 | 曲线内侧 | 1 | -0.187 | 0.00 | 0.000 | -0.278 | 0.00 | 0.000 | -0.462 | 0.00 | 0.000 |
2 | -0.487 | -0.41 | -0.449 | -0.706 | -0.59 | -0.648 | -1.204 | -0.98 | -1.072 |
3 | -0.353 | -0.01 | 0.000 | -0.505 | -0.02 | 0.000 | -0.922 | -0.03 | 0.000 |
4 | -1.892 | -1.92 | -2.051 | -2.766 | -2.80 | -2.961 | -4.493 | -4.59 | -4.896 |
5 | -0.275 | southern杂交-0.01 | 0.000 | -0.441 | -0.02 | 0.000 | -0.755 | -0.03 | 0.000 |
6 | -0.210 | -0.41 | -0.449 | -0.600 | -0.59 | -0.648 | 中国领土争端-1.135 | -0.98 | -1.072 |
7 | -0.116 | 0.00 | 0.000 | -0.272 | 0.00 | 0.000 | -0.526 | 0.00 | 0.000 |
曲线外侧 | 1 | -0.095 | 0.00 | 0.000 | -0.125 | 0.00 | 0.000 | -0.173 | 0.00 | 0.000 |
2 | -0.39 | -0.42 | -0.453 | -0.533 | -0.60 | -0.653 | -0.883 | -0.99 | -1.080 |
3 | -0.200 | -0.01 | 0.000 | -0.265 | -0.02 | 0.000 | -0.505 | -0.03 | 0.000 |
4 | -1.749 | -1.96 | -2.075 | -2.531 | -2.85 | -2.995 | -4.042 | -4.67 | -4.952 |
5 | -0.123 | -0.01 | 0.000 | -0.194 | -0.02 | 0.000 | -0.305 | -0.03 | 0.000 |
6 | -0.105 | -0.42 | -0.453 | -0.429 | -0.60 | -0.653 | -0.776 | -0.99 | -1.080 |
7 | -0.038 | 0.00 | 0.000 | -0.128 | 0.00 | 0.000 | -0.228 | 0.00 | 0.000 |
| | | | | | | | | | | |
全桥施加恒载+活载径向位移（mm） 表5
测点 | 一恒 | 一恒+二恒 | 恒载+活载 |
曲线内侧 百分表 测 量 | 1 | -0.168 | -0.234 | -0.351 |
3 | 0.009 | 0.052 | 0.105 |
5 | 0.072 | 0.104 | 0.141 |
7 | -0.035 | -0.161 | -0.285 |
| | | | |
说明：向曲线内侧为正。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议