摘要：針對曲線梁橋受力的復雜性采用空間梁單元法和梁格法對某一小半徑彎橋進行建模計算，并對結(jié)果進行對比分析和總結(jié)，得出兩種方法在設計計算中各自特點，可供工程技術(shù)人員設計時參考借鑒。
　　關(guān)鍵詞:曲線梁橋；耦合扭矩；空間梁單元法；梁格法
　　1引言
　　隨著我國交通運輸事業(yè)的迅速發(fā)展以及城市化進程的加快，在公路互通和城市立交中運用曲線梁橋是實現(xiàn)交通聯(lián)結(jié)的必要手段。曲線梁橋可改善城市交通的緊張狀況，有效解決周圍環(huán)境的限制（例如地下管線、地下文物及沿街建筑干擾）,實現(xiàn)各方向交通道路聯(lián)接，從而節(jié)省投資，提高環(huán)境美觀性和協(xié)調(diào)性。相對于直線橋而言，小半徑彎橋因受彎、扭耦合效應的影響，使其結(jié)構(gòu)受力、支座反力以及撓度變形更為復雜，從而引起設計人員更大的關(guān)注。
　　2彎梁橋受力特點及分析方法
　　曲線梁橋的受力特點主要有以下三點[1]：
　　(1)在外部荷載作用下，梁截面內(nèi)產(chǎn)生彎矩的同時，必然伴隨產(chǎn)生“耦合扭矩”，即所稱的“彎-扭”耦合作用。因此在曲線梁橋中，宜選用抗扭剛度較大的截面型式。
　　(2)在結(jié)構(gòu)自重作用下，除支點截面以外，彎梁橋外邊緣的撓度一般大于內(nèi)邊緣的撓度，而且曲線半徑愈小這種差異愈嚴重。
　　(3)對于兩端均由抗扭支座的彎梁橋，其外弧側(cè)的支座反力一般大于內(nèi)弧側(cè)，曲率半徑R較小時，內(nèi)弧側(cè)還可能出現(xiàn)負反力。
　　針對曲線梁橋受力特點，常用的斜彎橋空間結(jié)構(gòu)分析方法有[2]：①空間梁單元法；②板殼元法；③三維實體元法；④梁格分析法。
　　空間梁單元法用一維空間梁單元對結(jié)構(gòu)進行離散這種方法特點是能直接給出計算截面的內(nèi)力和變形，但該方法主要按自由扭轉(zhuǎn)理論進行分析，不能考慮截面翹曲和畸變，對于鋼箱梁截面模擬就不太適用。板殼單元和三維實體元法模型雖然可以完全模擬實際模型，考慮截面的畸變、翹曲，但輸出的是單元節(jié)點的應力，不能直接用于強度計算，并且把各點的應力影響面重新合成為橫截面的內(nèi)力影響面，要另外附加大量工作，使得它幾乎無可能在設計中應用，只能用于板式梁橋和局部區(qū)域分析。梁格法適應性好，可以考慮各種不規(guī)則支承條件和彎斜橋等形狀不規(guī)則的橋梁。它可以直接輸出各主梁的內(nèi)力，便于利用規(guī)范進行強度驗算，整體精度能滿足設計要求。由于這個優(yōu)點，使得該法成為計算曲線梁橋和其它平面形狀特殊的梁式橋的唯一實用方法。但是它對原結(jié)構(gòu)進行了面目全非的簡化，大量幾何參數(shù)要預先計算準備，如果由計算者手工準備，不僅工作量大，而且人為偏差較難避免[3]。
　　因此，在小半徑彎梁橋設計中一般采用空間梁單元法和梁格法進行計算分析，結(jié)構(gòu)配筋和對比校核。
　　3彎梁橋計算分析
　　3.1橋梁結(jié)構(gòu)概況
　　本工程為某一掉頭匝道，其中一聯(lián)4/ZD~8/ZD采用4×20m普通鋼筋混凝土現(xiàn)澆梁，橋梁結(jié)構(gòu)中線處于R=29.35m的圓弧段曲線上，上部結(jié)構(gòu)采用1.4m單箱單室等高現(xiàn)澆箱梁，橋?qū)?.3m，懸臂寬度1.8m。箱梁頂板厚0.25m，底板厚0.25m，跨中腹板厚0.45m，墩頂腹板厚0.6m，中支點和邊支點腹板變化段為4m；中橫梁寬度1.6m，端橫梁寬度1.0m。每跨橋梁跨中設置一道中隔板，隔板厚度為0.4m。下部結(jié)構(gòu)采用擴頭式矩形橋墩，支承方式采用雙支座，支座中心間距為3.8m。支座中心線與結(jié)構(gòu)中線間設向橋外弧側(cè)0.15m偏心，6/ZD軸橋墩為固結(jié)橋墩。
　　3.2結(jié)構(gòu)計算模型及結(jié)果分析
　　3.2.1結(jié)構(gòu)分析模型
　　為分析本匝道結(jié)構(gòu)的彎矩、扭矩及剪力受力情況，采用midascivil2011計算軟件分別使用空間梁單元法和梁格法對結(jié)構(gòu)模型進行模擬，考慮結(jié)構(gòu)自重、二期荷載、整體升降溫、溫度梯度、汽車荷載等外力對結(jié)構(gòu)的影響。
　　（1）空間梁單元法采用三維空間梁單元模擬，共建90個節(jié)點，80個梁單元；端橫梁、中橫梁以及隔板自重按節(jié)點荷載進行施加。支座節(jié)點與共面梁節(jié)點采用剛性連接。計算模型見圖1。
　　（2）梁格法將箱梁橫斷面按截面特性以腹板中線為準劃分為2根縱梁，縱梁之間采用虛擬橫梁和實際橫梁連接模擬，共建164個節(jié)點，241個梁單元；端橫梁、中橫梁以及橫隔板按實際結(jié)構(gòu)建橫梁單元連接。支座節(jié)點與共面梁節(jié)點采用剛性連接。對梁格中的縱梁和橫梁的抗剪截面、抗扭慣性矩按照E.C.漢勃利講述的剪力-柔性梁格分析方法[4]進行修正。計算模型見圖2。
　　圖1空間梁單元計算模型圖2梁格法單元計算模型
　　3.2.2計算結(jié)果分析
　　按照上述兩種方法建立的計算模型進行結(jié)構(gòu)計算分析，分別考慮在自重恒載和最大汽車荷載效應作用下，兩種模型的支座反力、彎矩、剪力以及扭矩等效應對比分析，結(jié)果如下面表1、表2所示：
　　通過對計算結(jié)果列表對比分析，可以看出1）采用空間梁單元法計算所得的支座反力、順橋向彎矩以及剪力與梁格法結(jié)果基本接近，兩者計算相差在-6%~6%之間，在工程設計允許的差值范圍之內(nèi)，因此在橋梁設計時對于同類型彎橋可以采用空間梁單元法方便準確的解決主要結(jié)構(gòu)尺寸、支座約束形式、支座偏心位置以及抗彎承載力設計等問題。2）采用空間梁單元法計算所得扭矩與梁格法結(jié)果雖然包絡曲線趨勢相同，但數(shù)值有一定的差距，兩者計算相差在-14%~15%之間，因此在解決結(jié)構(gòu)的腹板寬度、箍筋配筋設計以及結(jié)構(gòu)剪扭承載力設計等問題時必須結(jié)合兩種模型結(jié)果進行綜合分析判斷，而單純采用空間梁單元法進行設計是偏不安全的。
　　4結(jié)語
　　針對小半徑曲線梁橋的受力特點，采用空間梁單元法和梁格法分析是目前結(jié)構(gòu)設計的主要使用方法。然而，這兩種方法在模擬結(jié)構(gòu)受力特點、建模難易程度以及計算結(jié)果上有所不同。通過對某一小半徑曲線梁橋采用兩種不同模型計算對比分析，可以看出：在橋梁方案、初步設計階段采用空間梁單元法能夠解決主要結(jié)構(gòu)尺寸、約束形式、抗彎設計等問題，大大減少工程計算量并保證計算精度要求；但是，在具體細化設計，尤其是關(guān)系到扭矩的腹板寬度、抗扭箍筋配置以及剪扭組合設計等問題時，必須結(jié)合采用梁格法進行復核設計，單采用空間梁單元法并不能很好模擬結(jié)構(gòu)實際受力情況。
　　參考文獻：
　　[1]邵旭東,顧安邦.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2004.
　　[2]戴公連，李德建.橋梁結(jié)構(gòu)空間分析設計方法與應用[M].北京:人民交通出版社,2001.
　　[3]孫廣華.如何用梁格法計算曲線梁橋[J]《橋梁》,2006年專刊第5期.
　　[4]E.C.漢勃利,郭文輝譯.橋梁上部構(gòu)造性能[M].人民交通出版社,1982年