曲线梁桥受力特点分析
曲线连续梁桥在不同支撑条件下内力和支反力对比分析
北 方 交 通
・ ９・ ６
曲 线连 续梁桥 在不 同支 撑条 件 下
内力和 支反 力 对 比分 析
王
（． １ 本溪市城市市政设施建设办公室 ， 本溪
摘
越 祝 ，
强２
１４ １ ） ２ ０ ０
１７０ ；． １０ ０ ２ 盘锦市交通局公路 管理 处 ， 盘锦
要： 针对 曲线连 续梁桥 弯扭耦合 的结构受力特 点 ， 结合本 溪市北地跨线跨 河桥 Ｂ匝道工程设 计 ， 别建立 分
采用大型有 限元分析 软件 Ｍ Ｄ Ｓ— ｉｌ 立 ＩＡ ｃ ｉ建 ｖ 有限元分析模型。曲线梁采用空 间梁单元模 拟， 整
模型 １全抗扭支撑 ， ： 为实际设计方案。Ｏ 及 ４ ｝ ＃ ｝
边墩分别设置两个 Ｇ Ｚ ４支座 ， ＪＦ 间距 ５ 其余 中墩 ｍ；
・
７ Ｏ・
北 方 交 通
全抗扭支撑、 中间点铰 支撑 、 抗扭与点铰支撑交替布置三种不 同支撑条件 下的三 维有 限元模 型 ， 计算并比较 分析 三 种模型在恒栽 、 活载作 用下主 粱截 面 内力及各 支反 力的变化特 点。结果表 明 ， 用全抗扭 支撑 ， 采 主梁结构的 内力及
支 反 力 较 为合 理 。
关键 词 ： 曲线 梁 桥 ； 扭 支撑 ； 抗 内力 ；支反 力
撑 条件 下主梁 内力 及支 反力 的变化 特点 。
（） ａ全抗 扭支撑
（） ｂ抗扭和点铰 支撑交替 布置
（） ｃ中间点铰支撑
图 １ 曲线连续梁桥 的支撑布置形式
２ 工程概 况
１ 梁 端截面 ， ２
。
１２ 中截面 ， 跨
本溪市北地跨线跨河桥位于市 中 ｔ区域， ， ｋ 是横 贯城 市南北 的主干道 。在 太子 河南岸 跨过 滨河 南路
曲线梁桥弯扭耦合效应研究概述
曲线梁桥弯扭耦合效应研究概述概述曲线梁桥是道路、铁路、河流等交通线路上常见的高大桥梁结构形式之一。
曲线梁桥在荷载作用下会产生弯矩和扭矩，在短期荷载作用下引起的弯矩和扭矩对桥梁的破坏作用是非常严重的。
研究曲线梁桥弯扭耦合效应对于保障桥梁的安全运行具有重要意义。
曲线梁桥弯扭耦合效应是指曲线梁桥在荷载作用下，由于弯矩和扭矩同时作用在桥梁上产生的相互耦合效应。
在曲线梁桥中，弯矩和扭矩的产生与桥墩的非刚性影响、梁桥纵向变形、径向转角变化等因素有关。
弯扭耦合效应的研究涉及到结构力学、材料力学、地震工程等多个学科领域。
曲线梁桥弯扭耦合效应对桥梁的影响主要有以下几个方面：1. 桥墩的倾覆风险：由于桥梁处于弯矩和扭矩的共同作用下，桥墩容易受到侧向力的作用而发生倾覆。
2. 桥梁结构的非线性变形：弯扭耦合效应使得桥梁在荷载作用下发生非线性变形，影响了桥梁的竖向、横向和纵向刚度的变化。
3. 桥梁的振动特性：弯扭耦合效应对桥梁的自振频率、振型和振幅等产生了显著影响。
4. 桥梁的疲劳寿命：弯扭耦合效应会引起桥梁结构的破坏和疲劳，进而影响桥梁的使用寿命。
曲线梁桥弯扭耦合效应的研究方法主要包括理论分析、数值计算和实验研究三种方法。
理论分析方法基于结构力学理论和材料力学模型，通过建立桥梁的力学模型，推导出桥梁在弯矩和扭矩耦合作用下的变形和应力分布。
数值计算方法利用有限元分析软件建立桥梁的数值模型，通过施加荷载和边界条件，计算得出桥梁的变形、应力和应变等参数。
实验研究方法通过搭建物理模型或使用现场实测数据，采集桥梁在实际荷载作用下的变形和应力等信息。
曲线梁桥弯扭耦合效应的研究成果主要包括以下几个方面：1. 曲线梁桥的受力特点和力学性能研究：通过弯矩和扭矩耦合效应的分析，揭示了曲线梁桥在荷载作用下的受力特点和力学性能。
2. 曲线梁桥的破坏机理和评估方法：研究曲线梁桥在弯矩和扭矩共同作用下发生倾覆、断裂等破坏机理，提出了相应的评估方法。
曲线梁桥的受力施工特点及设计方法
与上部结构相 比， 针对曲线梁桥下部结构的研究还不够深
人。
美的享受。但是 曲线梁桥 的受 力 比较复杂 。与直线梁相 比，
曲线梁的受力性 能有 如下 特点 。
３ 曲线梁桥设 计应注意的几个 问题
３ １ 总体 布 置 ．
２ １ 上 部 结 构 分 析 ．
直梁桥受“ 剪” 弯、 作用 ， 而曲线梁桥处于“ 剪、 的 弯、 扭”
复合受力 状态 ， 、 故上 下部结构必须构成有利于抵抗“ 、 、 弯 剪
扭” 的措施 。
３ ３ 下 部 结 构 ．
曲线 梁桥 墩顶水平力分配 比较复杂 ， 而且桥墩所受 的外 力方 向常发生变化 ， 因此 ， 墩柱要尽量采用 圆形截面 ； 曲线梁
近年来 ， 随着公路 建设事 业 的快速发 展 ， 涉及 到曲线 梁 的桥梁设计 已经越来越多了 ， 以往设 计者希望通过调整 路线 方案 ， 尽量避开这种结构形式 ， 由于 曲线半径较大 ， 或 采用 以 “ 代“ 的形式 ， 直” 曲” 在桥 梁上部（ 如翼缘 、 护栏等 ） 进行 曲线
异， 在确定桩长时要特别注意这种情况 ； 此外 ， 由于各支座约
束情况不一样 ， 也会影响到各墩内力 的分配。长期以来 ， 人 们对曲线梁桥上部结构分析比较重视。就目前的情况看， 有
关 曲线梁桥上部结 构分析 的专著 比较多 ， 理论 也 比较成 熟。
曲线梁桥能很好 地克服 地形 、 地物 的 限制 ， 以让 设计 可
竖向荷载和扭距作用下， 都会同时产生弯距和扭距， 并相互
影 响。同时弯道 内外侧支座反力不等 ， 内外侧反力差引 起较
曲线连续结合梁桥的剪力键受力分析
Ｏ 引 言
一
钢 与混 凝 土组 合 构 件 通 过 连 接 件 弹 性 连 接 在 起时 ， 由于 材 料 性 质 不 同（ 有 限 元 矩 阵 中主 要 在 表 现 为 弹 性 模 量 和 松 比不 同 ）在 叠 合 面 上 存 在 白 ，
一
＿
＿
４ 姗 姗 姗 咖ｚ 咖 咖 咖 ３ 咖 ４ 一 一 咖 姗 咖 ３ ２ 、 ２ １ 鼯
２６ ５
科技研究
城 市道 桥 与 防洪
２１ 年 ７ ０１ 月第 ７ 期
交 界 面 ０处 用 刚 臂 连 接 ； 梁 上 翼 缘板 为 薄板 ， 钢 考
要 引 起 设 计 的 注意 （ 图 ５～图 １ ） 见 ２。
虑 到板 形 心 Ｃ ２到交 界 面 仅 １ ５ｍｍ， 再 设 置 刚 臂 不 连 接 。在 ０和 Ｃ ２之 间设 置 弹性 连 接 单 元 ， 接 单 连
啪 啪 瑚
图 ３ 混 凝 土 板 与 钢 梁 之 间 连 接 模 型 示 意 图
桥梁 纵 向距 离 ／ ｍ
２ 栓 钉 的 剪 力 分 布 规 律 分 析
采 用 板 壳模 型对 剪力 键 进 行 计 算 分 析 ，其 中
图 ６ 二 期 恒 载 作 用 下剪 力 键 横 向水 平 剪 力 沿桥 长 分 布 图
印
８ ０
１０ １ ０ １０ ０ ２ ４ １０ ６ １０ ８
桥粱纵 向距离 ／ ｍ
图 ／ 二 期 恒 载 作 用 下 剪 力键 纵 向水 平 剪 力 沿桥 长分 布 图 ５
Ｎ 、 １
客匣． 君簟 氟越 Ｉ ｊ 事
辞
量 、 罩氰星＿ ｇ掣 毂 犁肆 Ｉ ｊ 享
∞ ０
元 ，钢 箱 梁 及 横 隔 板 则 采 用 基 于 Ｋ ｒｈ ｏ ｌ ｅ ｉ ｈ ｆ Ｐａ ｃ ｔ Ｔ ｅｒ 理 论 的 薄 板 单 元 。两 种 板 单 元 均 考 虑 平 面 ｈｏ ｙ
曲线梁桥受力分析及对比
曲线梁桥受力分析及对比摘要：首先概述了曲线梁桥的受力特点，其次系统分析了影响曲线梁桥力学特性的各项因素。
最后，通过建立有限元模型，计算得出内力分布图，对比分析了四跨连续曲线梁桥和同等跨径直线梁桥的内力分布情况，认为曲线梁桥支点反力存在外侧大内侧小等受力不均匀性问题，并根据得出的结论提出相应的建议，为曲线梁桥的设计、施工提供参考。
关键词：曲线梁桥；有限元；受力不均匀性Force Analysis and Comparison of Curved Girder BridgeZhang Yiyong(1. Chongqing Jiaotong University school of civilengineering,Chongqing 400041)Abstract: Firstly,the stress characteristics of the curved girder bridge are summarized. Secondly, various factors affecting the mechanical characteristics of the curved girder bridge are systematically analyzed. Finally, through the establishment of afinite element model, the internal force distribution diagram was calculated, and the internal force distribution of a four-span continuous curved beam bridge and a straight-line beam bridge of the same span was compared and analyzed. Based on the conclusions drawn, corresponding suggestions are put forward to provide references for the design and construction of curved beam bridges.Keywords: curved girder bridge；finite element；unevenness of force引言曲线梁桥是现代化交通工程中的一种重要桥型[1]。
连续曲线梁桥设计探析
连续曲线梁桥设计探析文章论述了曲线桥梁的受力性，并且阐述了设计时要注意的要素。
标签：曲线梁桥；受力特点；结构设计1 概述曲线桥是当前的道桥项目中非常关键的一个组成部分，尤其是在最近几年它得到了非常广泛的应用。
对于那些互通型的立交匝道来讲，它的使用更是非常的明显。
在设计匝道的时候会受到很多要素的干扰，比如地形以及所在区域的规模等，这些要素的存在使得该项设计有如下的一些特征。
第一，此类桥的宽度不是很宽，通常匝道的尺寸在六米到十米之间。
第二，匝道本身是为了辅助道路转向的，在立交工程中会受到土地规模的影响，因此这类桥大多数是小尺寸的曲线桥。
第三，匝道桥的纵向坡度非常大，有时会横跨下方的车道，此时就使得桥的长度变长。
因为这种桥本身弯斜，形状特别，所以它的设计工作无法正常的开展。
2 曲线梁桥的平面及纵、横断面布置最近几年高速路在设计的时候更加的关注线形方面的内容，规定设计要合乎线形要求。
因此在布局桥梁平面的时候，要遵照总的线形布局规定，其纵坡也要和路线的纵坡保持一致。
通常为了应对截面的扭矩以及弯矩，在设计的时候常使用箱形的截面。
由于桥面超高的需要及梁体受扭时外边梁受力较大的需要，所以可以在其水平方向上把主梁设置成不一样的高度。
为了便于构造，方便建设，也可以将其设置成一样高度的，其超高横坡由墩台顶面形成。
3 曲线梁桥结构受力特点3.1 梁体的弯扭耦合作用一般来说，当受到外在力影响的时候，曲梁会出现一定的弯矩以及扭矩，两者会彼此影响，进而导致截面处在一种耦合的状态中，截面的拉力要较之于直梁大，这个特征是这种梁所特有的。
因为这种桥会承受较高的扭矩力，所以会发生变形现象，它的外侧的挠度要比相同尺寸的直桥大一些。
因为存在耦合作用，所以在桥上方会存在翘曲现象。
3.2 内外梁无法均匀受力对于曲梁桥来讲，因为其扭矩较大，所以会导致外梁发生超载而内梁出现卸载的情况，特别是当桥梁较宽的时候这种现象更加的明显。
因为两个梁的支点反力差别非常大，如果活载发生了偏移的话，内梁就会生成一种反向力，此时假如内梁无法承受这种力的话，就会使得梁体和支座分离。
曲线梁桥预应力作用效应分析
曲线梁桥预应力作用效应分析曲线梁桥是现代桥梁中使用较为广泛的一种类型，其受力系统复杂，预应力作用效应对其受力性能的影响非常大。
因此，对曲线梁桥进行预应力作用效应分析是非常重要的。
本文将从预应力作用原理和曲线梁桥构造特点两个方面进行分析。
一、预应力作用原理预应力作用是指在结构内部施加一定的预张力，以减小结构受力时的变形和裂缝，从而提高结构的承载能力和使用寿命。
预应力作用的方式有两种：静力预应力和动力预应力。
其中，静力预应力是通过使用机械设备对钢束进行拉伸，使其产生一定的张力，从而对结构进行预应力加固。
而动力预应力则是通过在钢束上施加振动，使钢筋振动，并将振动能转化为预应力张力，使结构产生预应力加固。
预应力作用的原理是根据结构受力的弹性原理，通过预应力张力对结构施加与荷载反向的弹性反力，以进行加固。
这样可以使结构在荷载作用下形变次数减少，从而减小结构变形，提高结构的整体刚度和承载能力。
二、曲线梁桥构造特点曲线梁桥由于采用了曲线形式的构造，使其结构配置和受力性能有了很大的变化。
其中，曲线梁桥的主要构造特点有：1.结构形式多样：曲线梁桥的形式可以根据不同的需求进行设计，可以作为高速公路、城市快速路、轻轨等不同类型的桥梁，具有广泛的适用性。
2.结构复杂性高：曲线梁桥的结构由于设计形式的多样性，其结构形态和受力性能会受到很多因素的影响，如曲线形状、曲线半径、坡度等。
3.荷载作用多样：曲线梁桥在使用过程中，荷载作用多样，包括动载荷、静荷、重载等，因而预应力作用效应分析必须全面考虑这些荷载的影响。
三、曲线梁桥预应力作用效应分析1.曲线梁桥结构受力分析曲线梁桥在受力过程中，主要受到竖向和横向荷载的作用。
竖向荷载主要是指车辆等动荷载作用产生的重压，而横向荷载则是弯矩作用所产生的力。
这些荷载会导致曲线梁桥产生变形和裂缝等问题，从而影响其使用寿命和安全性能。
2.曲线梁桥预应力设计原则为了增强曲线梁桥的承载能力和使用寿命，需要在设计之初，对其进行预应力设计，以减小其受力变形和裂缝的发生。
曲线梁桥设计理论研究奚政锋
曲线梁桥设计理论研究奚政锋发布时间：2022-06-30T10:10:12.198Z 来源：《建筑模拟》2022年第4期作者：奚政锋[导读] 按照曲线形状的不同曲线梁桥可以分为圆曲线、缓和曲线、圆曲线与缓和曲线组合型曲线桥。
我们通常将曲率半径小于 100m的曲线桥称为“小半径曲线桥”奚政锋重庆交通大学1. 曲线梁桥的分类按照曲线形状的不同曲线梁桥可以分为圆曲线、缓和曲线、圆曲线与缓和曲线组合型曲线桥。
我们通常将曲率半径小于 100m的曲线桥称为“小半径曲线桥”。
2. 曲线梁桥的受力特点（1）弯扭耦合作用曲线梁桥由于曲率的存在，弯扭耦合效应产生的附加扭矩会加大结构的挠曲变形，因此对于曲线梁桥的设计应该予以额外重视。
（2）曲线梁内外侧受力不均匀由于偏载效应，曲线梁桥梁体可能产生较大的扭矩，使得其向外发生扭转。
（3）梁体横向爬移在整体升降温作用、制动力、离心力作用下，曲线梁桥会发生沿径向不可恢复的位移，过大的梁体爬移会导致最后梁体的倾覆。
（4）竖向挠曲变形在弯扭共同作用下曲线梁桥的挠曲变形将比相同跨径的直线梁桥大。
（5）支座布置形式不同的支承方式将直接影响到全桥的内力分布。
3. 曲线梁桥的分析计算理论及基本微分方程3.1曲线梁桥常用分析计算理论针对不同的曲线桥结构型式，大概可以分为解析法、半解析法和数值法。
3.2曲线梁桥的基本微分方程（1）曲线梁桥的平衡微分方程建立在弯曲与扭转共同作用下的曲线梁平衡微分方程，利用曲线梁微段的空间平衡条件，建立六个平衡方程式。
若令，并设，即成为我们熟知的直梁静力平衡方程。
（2）曲线梁的几何方程曲线梁的“弯扭稱合”效应使得其轴向位移u、径向位移v、竖向位移w和截面扭转角相互影响，为描述曲梁变形与位移分量之间的复杂关系，建立曲线梁的几何方程。
在方程中，若令，即成为我们熟知的直梁几何方程。
4. 混凝土曲线梁桥建模方法的概述4.1单根梁法、以直代曲法建模方法概述4.1.1单根梁法利用 Midas/Civil 对混凝土曲线梁建立单根梁桥模型时，软件不能直接模拟曲线梁桥，只能用直线微段来代替曲线形成整体上的曲线梁桥。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
曲线梁桥受力特点分析
关键词：圆心角；曲线桥；支反力；桥梁宽度
中图分类号：U448.42 文献标识码：A 文章编号：1674-0696
引言
近年来高速公路、城市立交和高架道路的日益增多，以往道路设计服从桥梁
设计的理念逐渐改变为一般桥梁设计服从道路要求的概念，因此，弯桥的建造需
求越来越多。
曲线桥常出现支座脱空、侧向位移，甚至侧倾等严重事故。
造成严
重的人员伤亡、经济损失和社会影响。
1曲线桥受力特点
(1)由于曲率的影响，梁截面在发生竖向弯曲时，必然产生扭转，而这种扭
转作用又将导致梁的挠曲变形，称之为“弯—扭”耦合作用。
(2)弯桥的变形比同样跨径直线桥大，外边缘的挠度大于内边缘的挠度，曲
率半径越小、桥越宽，这一趋势越明显。
(3)弯桥即使在对称荷载作用下也会产生较大的扭转，通常会使外梁超载，
内梁卸载。
2有限元模拟分析
通过有限元软件Midas/Civil2020建立三跨3×30m连续曲线箱梁。
箱梁采
用单箱单室，箱顶宽16.25米，箱底宽8.5米，单侧悬臂长度3.875米，梁高
4.0米，腹板厚度50cm。
跨度相同，调整圆心角大小（0°、30°、60°、90°、120°）对曲线梁进行分析。
2.1 圆心角
主梁的弯曲程度是影响曲线桥受力特性最重要的因素，但是曲率半径并不能
全面反映弯曲程度。
能全面反映主梁弯曲程度的参数是圆心角，它是跨长与半径
的比值，反映了与跨径有关的相对弯曲关系。
图2为三跨连续梁在均布荷载作用
下的内力图。
支座均为双支座，模拟抗扭支承，均布荷载10kN/m。
图 2 三跨连续梁在均布荷载作用下内力图
从图中可以看出改变圆心角大小对于梁的弯矩和剪力几乎没有影响，且圆心
角越小，数值也越接近；对于扭矩，数值随着圆心角的增大而增大，且成倍增加，影响比较明显。
虽然扭矩比直桥大，但扭矩的影响线的标值比扭矩小一个数量级，所以通常情况下，曲线桥的扭矩并不控制主要截面的设计。
2.2 桥梁宽度
汽车荷载作用在桥面上会因为偏心导致截面产生扭矩，这与直桥相同，但是
由于弯一扭耦合作用下，扭矩又将产生弯矩。
为模拟汽车偏心荷载，在梁全长范
围内施加均布力矩（10kN/m），支座采用双支座。
图3是三跨连续梁在均布扭矩
作用下内力图。
图 3 三跨连续梁在均布扭矩作用下内力图
从图中可以看出：均布扭矩作用下，圆心角越大，产生的弯矩也大，但是相
比于竖向均布荷载作用下产生的弯矩要一个数量级；圆心角越大，由此产生相应
的剪力也成倍增加。
桥梁宽度越大、曲率半径较小时，曲线梁的外弧与内弧相差
较大，即使是对称截面，外侧恒载也比内侧大的多，恒载也会产生向曲线外侧翻转的均布扭矩。
2.3 支座反力
影响曲线桥梁支座反力因素除支座偏心和支座间距外，还有圆心角，整体升降温，梯度升降温等因素。
图 4是均布荷载作用下不同圆心角时两端支座反力。
图 4 均布荷载作用下支反力
从图中可以看出：当支座对称布置于梁中心线两侧时，在均布荷载作用下，随圆心角的增大，靠近外侧的支座反力与内侧支座反力差越来越大。
3结语
1)曲线桥的主要特点是弯扭耦合，使主梁挠度增大并发生趋向于曲线外侧的扭转，可能使支座脱空，严重时发生侧倾，温度与扭转的联合也会使主梁发生向曲线外侧水平位移。
2)桥梁宽度大、曲线半径小，内外恒载差会使梁发生扭转，设计时除考虑圆心角影响还要考虑桥梁宽度。
3)整体升降温、梯度升降温对支座反力有较大的影响，弯桥设计时要综合考虑以上因素。
参考文献：
[1]项海帆.高等桥梁结构理论[M].北京：人民交通出版社，2013. 作者简介：李虹剑（1998-），男，河南安阳人，硕士，重庆交通大学
摘要：曲线桥的圆心角的改变、温度、收缩徐变等作用会引起曲线桥梁受力特点趋于复杂。
为研究曲线梁桥受力情况，利用Midas/Civil建立三跨连续曲线箱梁模型，通过对比分析验证了现有理论。