若不充分考虑曲线桥梁模板箱梁桥复杂的空间受力特性,可能会导致这类桥梁在建设及使用过程中出现严重的桥梁病害。因此,为了给曲线桥梁模板箱梁桥的合理设计提供理论依据,现以某混凝土曲线桥梁模板箱梁桥为工程背景,建立实体单元有限元模型,计算不同标准跨径,分析曲线桥梁模板箱梁桥的恒载效应,对比同跨径直线桥梁在内力和应力上的差异,为曲线桥梁模板箱梁桥的设计提供参考。
某城市立交匝道部分曲线桥梁模板箱梁桥,跨径布置为5x18.76m,桥梁位于圆曲线半径R=105m的平面上,桥梁设置单向2%的横坡,桥梁纵坡为3.35%,桥梁全长93.8m。主梁为单箱双室截面,桥梁模板箱梁顶部全宽9.75m,顶板厚25cm;底板宽5.13m,底板厚42cm;梁高2m,中腹板厚55cm,两边腹板厚55cm,倾角600;主梁采用C50混凝土,结构体系为五跨一联连续桥梁模板箱梁,主梁标准断面如图1所示。
为准确的分析混凝土曲线梁桥的空间受力分布规律,使用柱坐标并以曲线桥梁模板箱梁桥平曲线圆心为坐标原点,顺桥向方向为Y轴,横桥向方向为X轴,桥梁模板箱梁竖向为Z轴建立ANSYS实体有限元模型。主梁材料为钢筋混凝土,在有限元软件中采用SOL-ID65单元模拟,为保证计算精度,使用六面体映射网格,网格尺寸为0.12m(圆曲线半径105m,跨径16m的有限元模型共956394个节点,822400个单元)。模型涉及滑动支座和固定支座,其中关于滑动支座则约束支座中心线位置的桥梁模板箱梁底板底缘、节点的竖向和径向自由度,固定支座则采用约束支座中心线位置的桥梁模板箱梁底板底缘的节点3个方向自由度的形式模拟;同时根据文献,桥梁中墩全部采用抗扭支座。