桥梁设计论文发表探讨斜交框架桥设计

　　摘要：近年来，由于城市的快速发展和列车运行速度的不断提高，在城区内既有及规划道路与铁路的交叉处，对既有铁路的更新改造越来越频繁，其主要以城市道路下穿既有铁路的形式为主。因城市道路受整体规划、已有建筑物及地形等因素的限制，此类立交桥通常采用多孔跨组合的大孔径斜交铁路框架桥。而斜交框架桥的设计是比较复杂的，在设计中需注意的问题有很多。本文首先分析了斜交框架桥的受力，然后对其配筋布置进行了说明，最后对斜交框架桥的裂缝问题进行了探讨。

　　关键词：斜交框架桥,配筋,裂缝,受力分析,弯矩,核心期刊投稿网

　　一、斜交框架桥的结构受力分析

　　(一)斜交框架桥的空间受力特点

　　与正交框架桥相比，铁路斜交框架桥必须考虑其空间效应。斜交框架桥受力复杂，随跨宽比、抗弯刚度、抗扭刚度、斜交角、荷载形式的不同而变化。铁路斜交框架桥顶板往往不仅承受弯矩、剪力，还要承受扭矩。均布荷载作用下，荷载最大弯矩方向并非沿垂直于上部线路方向，最大弯矩随着斜交角的增大有从跨中想钝角部位移动的趋势。对于斜交框架桥，由于斜交，纵向弯矩减小，均布荷载作用是比集中荷载作用时减小量更显著。横向弯矩比同跨度的正交桥大好几倍。尤其是跨中部分产生的横向弯矩与正交框架桥有较大差异，甚至可能出现符号相反。斜交框架桥顶板在支承处应力分布很不均匀，钝角角隅处出现的应力可能比正交框架桥大好几倍，顶板钝角区可能会产生很大的弯矩，其数值甚至接近跨中弯矩。

　　(二)具体案例分析及结论

　　1、试验模拟

　　分别用MIDAS中的梁单元和板单元建立模型对框架桥进行有限元分析。梁单元采用1m长度建立模型，斜交时按斜交跨度和斜交墙厚建立模型。本案例分析单孔孔径为16m的框架桥的受力特点，按正交、斜交、斜交15°、斜交25°、斜交35°、斜交45°、斜交60°分别建立模型、计算、分析计算结果，以期得到斜交框架桥的内力岁斜交角度变化的汇率，以及斜交框架与正交框架内力的不同。

　　由于本案例的思路在于得出斜交角度对框架内力的影响，而框架桥由于承受的外荷载均来自土体的传递，可以都看成均布荷载，故本案例主要比较了恒载下各角度框架内力的变化。

　　2、试验结论

　　从上表分析结果看出，Mxx随斜交角度的变化有这样的规律：

　　(1)最大正弯矩随斜交角度的增大而增大，斜交角度每增加10°，弯矩值增加10%左右。

　　(2)最大正弯矩的位置随着斜交角度的增加，从正交时的跨中逐渐向顶板钝角端移动。

　　(3)钝角端最大负弯矩随着斜交角度的增大增加，斜交角度每增加10°，弯矩值增加迅速，增幅在20%～30%左右。

　　(4)锐角端最大负弯矩弯矩值随着斜交角度的增大而较小，随着斜交角度的增加，降幅比率增加。

　　Myy随斜交角度的变化规律：

　　(1)随着斜交角度的增加，Myy值越来越大，当斜交超过35°时，Myy值逐渐逐渐接近正交Mxx弯矩值

　　(2)最大负弯矩出现在靠近边墙处，最大正弯矩出现在跨中处。扭矩Mxy随斜交角度的增加而增加迅速，超过45°之后，扭矩超过正交跨中弯矩值。剪力Vxx随着斜交角度的增大，在钝角端逐渐增大、锐角端逐渐减小。

　　从以上分析可以看出，斜交框架不能只配置承受Mxx的弯矩，承受Myy的弯矩不能按构造要求配置，必须根据空间分析结果，合理配置钢筋。对于扭矩Mxy，在斜交角度超过25°之后，变为不容忽视，必须根据计算结果配置抗扭钢筋，这点工程设计中，往往容易忽视。

　　二、斜交框架桥的配筋布置设计

　　斜交框架桥在设计中，作内力计算后，布筋是重要环节，布筋中应掌握以下原则：

　　1、在几个主要控制截面一定要求出最大弯矩(绝对值)方向，主筋布置方向一定要与最大弯矩作用面接近垂直。

　　2、斜交框架桥一般在两个垂直面上都产生较大弯矩与扭矩。因此在两个方向都要布置主筋，切忌主筋布置形成钝角与锐角过大的悬殊。在全部配筋实现上述要求困难时，至少在主要控制截面布置互相垂直的主筋，因为活载位置的任意变化，导致主弯矩方向的变化，只有相互垂直的主筋在任意方向的分量才能参加承受该方向弯矩。这一点将在斜交框架桥的裂缝发生原因分析时得到证实，该桥最大主弯矩方向正好是在钝角平分线方向，而裂缝几乎垂直于钝角平分线，虽主筋数量也很可观，但事实上两向主筋在主弯矩作用面上的投影分量已经很小，不能起到控制裂缝开展的作用。

　　3、板内主筋必须伸入到立墙内，且与立墙内竖向主筋焊接，形成封闭形主筋，有利于抗扭，板内与自由边相交钢筋也应弯成箍筋形式，以抵抗自由边扭矩。

　　4、在立墙两侧面应布置一定数量的水平构造筋，以抵抗收缩力，对于多车道桥，立墙较长更应加强布筋，间距宜在10～15cm之间，采用螺纹钢筋，直径不宜过大，如立墙很长，则在设计时应将立墙分段;此外，如分两联阶段浇灌底板与立墙时，间隔时间不宜过长，立墙养护时要保证浇水降温，以防止立墙开裂。

　　5、如立墙侧有土压力，注意顶板与立墙固接处顶板下缘及立墙侧要布置主筋，以承受可能产生的正弯矩，立墙侧面的土压力对结构平面产生扭矩及水平推力，使结构受力更复杂。为改善框构受力，在立墙侧设挡墙。

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