[科普中国]-斜交角

简介

如果新建的桥梁是直线，这个交角是个固定值；如果新建桥梁是曲线，那么这个值就会随着曲线的曲率而变化。交角为90°就是正交了，其余都是斜交。

斜交与正交差别最大在于锐角受力差别，以及构造筋上。

以上可能有误，是根据姚玲森主编《桥梁工程》第二版第二篇第三章第二节中关于斜交板桥斜交角的定义。

地震反应的影响分析以标准跨径的两跨公路连续混凝土斜交桥为研究对象，建立动力有限元计算模型，分别进行了常遇地震影响下的反应谱分析和罕遇地震影响下的非线性时程分析，探讨了斜交角变化对连续斜交桥地震反应的影响，并得到了影响规律。1

公路斜交桥在国内被广泛应用于高等级公路、城市道路和立交枢纽。与正交桥相比，斜交桥无论是结构静力行为还是动力行为都较为复杂，尤其是在斜交角度较大时。关于斜交桥的静力行为，已经取得了较多的理论研究成果；但关于斜交桥的动力行为，国内的研究则明显不足，关于斜交桥地震反应特性及其抗震方面的研究更未见报道。以两跨连续斜交梁桥为研究对象，分析了斜交桥的主要设计参数之一斜交角对公路连续斜交梁桥地震反应的影响，并得到了一些研究结论。1

地震反应分析分别以斜度、跨径、宽跨比、端横梁刚度、支座刚度作为参数，对公路斜交桥的地震反应做了一系列的参数分析研究工作；考虑了宽跨比、扭转频率与平移频率的频率比以及刚度偏心的影响。从国外已有的研究成果看，斜交角是影响斜交桥地震反应的主要设计参数之一，并分别进行了常遇地震影响下的反应谱分析以及罕遇地震影响下的非线性时程分析。1

地震反映影响1)在常遇地震影响下，斜交桥墩底地震内力的耦合效应基本可以忽略不计。因此，在计算常遇地震影响下的地震内力时，可以把斜交桥的支承线及其垂线这两个正交方向作为地震动的最不利输入方向，分别考虑水平地震作用。

2)在常遇地震影响下，当连续斜交桥的斜交角小于40°时，墩底地震内力按相应的正交桥计算，其误差不超过10%；在斜交角大于40°时，可对墩底地震内力做适当折减。1

3)即使在单一方向的水平地震影响下，连续斜交桥也会发生明显的扭转变形。因此，必须考虑结构变形的耦合效应。1

4)在罕遇地震作用下，连续斜交桥在各个方向的墩顶水平位移基本上都比相应的正交桥大，在斜交角大于10°时，墩顶总的水平位移比相应的正交桥增大了约16%。

5)由于斜交桥的特性，支座沿支承线垂线方向的变形随斜交角的增大而减小；在斜交角为60°时，斜交桥与相应的正交桥相比，支座变形值约可减小50%。1

斜交弯梁桥结构内力影响的计算分析采用结构有限元计算方法，运用参数变异法，计算在恒载和预应力作用下不同斜交角，即 15°，30°，45°和 60°，对斜交弯梁桥结构的边跨支撑、墩顶及跨中等关键位置产生的内力影响，对比随斜交角的变化，分析引起关键位置内力变化的规律及成因，验证了连续斜交弯梁桥空间力学分析采用板单元有限元素法的合理性。2

为了满足复杂条件下道路桥梁布线要求，斜弯桥采用的越来越多。而斜弯桥设计与施工对工程部门提出了许多新的难题。设计部门运用通用结构程序来分析斜弯桥结构的内力时，通用程序并不能有效地解决边界条件问题，结构动力分析也较难以实现。故对斜弯桥诸多问题如设计理论与方法、结构的力学行为、构造特点、施工技术等问题的解决就显得非常必要。2

恒载和预应力作用下结构内力计算与分析对该类桥的内力做趋势分析，故该斜交弯梁桥的恒载仅包含了主梁自重； 预应力筋仅考虑了主要预应力的作用情况。通过 ANSYS 计算，结构自重和预应力引起的主拉应力，最大主拉、压应力随斜交角的变化，经计算得到斜交角从 15°变化到 60°，最大主拉应力增幅 16.01%； 最大主压应力增幅 10.47%。2

支撑反力在边跨支撑处，内侧反力随斜交角度的增大而增大，而外侧反力则随之减小，这主要由于随着斜交角的增大，内力峰值向钝角方向靠拢，故斜交处内侧反力变大而外侧反力减小。斜交角对斜弯桥的影响是显着的，随斜交角的增加斜弯桥的受力增大。当斜交角度从 15°增加到 60°时，边跨支撑处内侧反力增加 118.6%。内外侧支撑反力的差值也更是增加了 240.5%。2

桥墩支撑处支反力都随斜交角度的增大而增大。并且支撑处外侧支反力明显大于内侧，验证了弯桥的支点反力有曲线外侧变大、内侧变小的倾向，即产生较大的扭转，通常会使外梁超载，内梁卸载，内外梁产生应力差别，使梁体有向外侧翻的趋势。这不仅与弯桥的曲线半径大小有关，还与斜交段的斜交角度有关。在边跨支撑处和 P2墩顶左侧位置，随着斜交角度的增大，内外侧支反力的差值逐渐增大； 而在 P2墩顶右侧位置，由于支撑反力方向相反，随着斜交角度的增大，内外侧支反力的差值逐渐减小。2

计算结果与斜桥的力学特性的验证通过对该斜交弯梁桥的计算分析，得出支撑反力在边跨支撑处，内侧反力随斜交角度的增大而增大，而外侧反力则随之减小，其他支撑反力都随斜交角度的增大而增大。为验证斜交弯梁桥关于斜交角力学特性的计算结果与理论是否一致，理论上对斜梁桥进行计算，判断其计算的合理性。2

反力的这一特性在板桥及多梁式桥中均是如此，具体表现多个支座时，各支座的反力分布不均，钝角区域的反力比锐角区域的反力大。2

结构的内力与变形分析方法1) 验证分析了斜交桥随着斜交角的增大，内力峰值向钝角方向靠拢，故斜交处内侧反力变大而外侧反力减小。2

( 2) 通过计算结果与理论分析比较，验证了板单元理论的有效性和准确性，同时也说明了空间板单元有限元分析方法把异型复杂的结构模拟成一个纵、横交叉的空间体系，体系力学模型符合结构的实际受力情况，可以直接得到结构的内力与变形，是一种简便实用的分析方法。2

斜交角对连续小箱梁桥横向分布系数影响经济高速的发展对道路等级和城市道路网系统的建设提出了更高的要求，此时涌现出大量的斜桥，而正桥是斜交角为0°的特例。影响斜桥横向分布系数的因素很多，利用 Midas civil 建立有限元模型，主要分析斜交角对横向分布的影响，横向分布系数会随着斜交角度的增大而减小，并通过实桥荷载试验进行验证。3

采用有限软软件 Midas，对斜交连续小箱梁桥在斜交角、梁片数、桥跨长和每联孔数不同因素下，分别建立模型，分析荷载横向分布的规律。3

有限元模型采用虚拟横梁法进行建立模型，采用网格法进行划分单元，根据装配式小箱梁桥的施工特点，纵向梁格分截面分为箱梁截面、翼缘湿接缝截面和边箱梁上翼缘外侧悬挑板截面，并设置虚拟横梁。3

斜交角影响分析为了进一步了解连续小箱梁桥的荷载横向分布规律，利用已建立的连续小箱梁桥有限元模型，研究斜交角度变化对荷载横向分布系数的影响。

斜交角数据分析。在建设桥梁时，桥梁的选址最优的是与桥梁两头道路线形一致，并最大可能得与被跨越的障碍物正交，达到桥梁的跨径最小，以使桥梁的跨经最小，但是为了使桥梁与相接道路、周边环境相和谐，斜桥和弯桥在高等级公路和城市立交桥的建设中突现出来。3

从跨径为 20、25、30、35、40m 的横向分布系数，随着角度增大而变小； 从纵向看，随着跨径的增大，斜交角度相同情况下，横向分布系数亦减小。同等跨径、同等角度下边梁横向分布系数要比中梁大。3

荷载分析( 1) 随着斜交角度变大，中梁和边梁的跨中横向分布系数均变小，表明了斜桥跨中弯矩随斜交角增大而减小，并且从模型中可知边跨比中跨的横向分布系数大。3

( 2) 边梁的横向分布系数比中梁大，边梁所承受的内力较大，所以桥梁设计时，先以边梁为对象，之后在进行优化设计。

( 3) 对斜交角为0°和30°的两座连续小箱梁桥进行荷载试验分析可知，两座桥梁的横向分布系数满足随斜交角增大而减小的规律。3