关于连续弯刚构桥力学性能和稳定性的分析

【摘要】在连续弯刚构桥建设施工中，力学性能和稳定性是两个十分关键的部分。本文主要对连续弯刚构桥作简单介绍，并深入探讨其力学性能和稳定性。

【关键词】连续弯；刚构桥；力学性能；稳定性

在1953年，德国率先提出了刚构桥的概念，并且实质性地发展起了T形钢构。在T形钢构问世以后，得到了欧洲其他国家的大力应用，促使其在未来的桥梁建设发展中占据了重要地位。由于连续弯刚构桥具有显著的“弯”、“扭”特点，受力分析比较复杂，稳定性也较难把控。因此，需要在实际工程中，通过合理的方式确定其稳定性。

一、连续弯刚构桥

连续弯刚构桥在我国已经具有较长的发展历史，比如云南元江大桥、泸州长江二桥等都是该类型桥梁。在全国交通网规划下，连续弯刚构桥项目不断增加，尤其是在地质条件复杂、谷深山高等因素影响下，只有连续弯刚构桥才是最好的选择。该型桥梁的形式优美，具有流畅的线性。就目前而言，桥梁上部结构施工已经能够达到1200m左右的连续长度，结构也逐渐实现了轻型化和简单化。这主要是因为混凝土强度和刚度不断提升，较少了单体结构的混凝土用量。

连续弯刚构桥在力学性能上有几个显著特点，分别是弯扭耦合、内外受力不均以及剪力滞效应。影响力学性能的因素主要有圆心角、弯扭刚度比、扇形惯矩、曲率半径以及支点位置等其他因素。

二、连续弯刚构桥力学性能分析

（一）曲率半径

曲率半径是影响桥梁力学性能的一个重要因素，由于桥梁存在对称性，不同阶段以及不同部位受到影响并不一样。下图所示为某桥梁截面在不同曲率半径下弯矩变化图。

图1.某桥梁截面弯矩变化图

根据实际数据不难看出，在曲率半径不同的情况下，桥梁截面弯矩变化基本上保持重合，即说明连续弯刚构桥自身弯矩受到圆心角的影响很小；在施工过程中，截面弯矩会出现峰值，说明桥梁施工阶段是弯矩变化最大的阶段，如果优化结构体系，就可以优化受力。

在内力方面，不同曲率半径下收缩徐变、预应力以及自重产生的弯矩具有非常明显的变化趋势。根据研究结果显示，在不同的施工阶段，桥梁截面弯矩趋势线基本重合，证明弯矩大小受到圆心角影响较弱；弯矩变化图呈现出高低起伏，峰值出现施工阶段，尤其是边跨合拢阶段。因此，对结构体系适当转化，就可以实现受力优化；悬臂距离达到最大时，如果曲率半径不断加大，桥梁根部产生的弯矩会有略微增加。

（二）强制位移

对连续弯刚构桥来说，强制位移通常具有三类工况：一是边跨外侧下沉；二是边跨内侧下沉；三是主墩下沉。强制位移的影响主要表现在内力和变形两个方面。

在内力方面，分析桥梁弯矩图可知，三种工况下的弯矩基本重合，如下图所示。

图2.强制位移桥梁纵向弯矩

不论边跨外侧还是边跨内侧，在不同强制位移作用下，纵向弯重合度达到了99%以上，发生的下沉情况对弯矩或剪力造成的影响不超过1%。在主墩发生下沉时，桥梁扭矩与成桥时的扭矩图也基本保持重合，所以可以忽略主墩下沉对桥梁造成的扭转影响。

在变形方面，不同强制位移作用下，变形量存在明显区别。具体而言，主墩沉降对桥梁竖向位移会产生较大影响，对比沉降前后，可以发现沉降增幅能达到11%甚至更大。但是，主墩沉降对顺向位移不会产生太大影响，基本忽略不计。

三、连续弯刚构桥稳定性分析

（一）二期恒载-自重下的稳定性

在二期恒载-自重的载荷结构模式下，可以在不同曲率半径下计算出不同阶段的稳定系数，逐步模拟出对应的失衡模型。下图所示为一阶失衡模型。

图3.一阶失衡模型

在曲率半径不断增大的情况下，一阶稳定系数是逐渐较小的，在曲率半径从200增大到10000的过程中，一阶稳定系数从35.25减小到了35.05。在第三阶的时候，稳定系数从58.78减小到了58.21，第三阶失衡模型如下图所示。

图4.三阶失衡模型

对比图3和图4可以十分直观地看出，随着桥梁运行阶段不断推移，全桥稳定性逐步下降，失衡模型已经破坏了原本线性和结构。

（二）横向风载荷-二期恒载-自重下的稳定性

在加入横向风载荷之后，通过计算不同阶段的稳定系数可以发现，在曲率半径为200时，对应的稳定系数为35.24。相较为考虑横向风载荷的情况，稳定系数减小了0.01。在第三阶段，曲率半径为200时稳定系数为58.76，相较前一种情况减小了0.02。不难看出，横向风载荷会降低全桥的稳定系数，也就是说对全桥稳定性会产生负面影响。但是，在第一阶段只产生了0.01的影响，到第三阶段也只产生了0.02的影响，计算百分比尚不到万分之一，因此可以忽略横向风载荷造成的稳定性影响。

结束语：

连续弯刚构桥在实际工程中运用不断广泛，影响其力学性能的主要因素有曲率半径、强制位移和收缩徐变。在不同工况下，这些因素造成的力学影响存在显著区别，在实际工程中需要详细辨别。影响稳定性的因素主要是载荷形式不同，风载荷影响较小，可以忽略。自重和恒载是影响稳定性的关键因素。

参考文献：

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[2]马建等.中国桥梁工程学术研究综述2014[J]中国公路学报，2014

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