基本介紹
- 中文名：斜交角
- 外文名：skew angle
- 作用：影響橋樑的內力
角度介紹,地震反應影響,反應分析,反映影響,內力影響計算,斜交角影響,有限元模型,影響分析,荷載分析,
角度介紹
如果新建的橋樑是直線，這個交角是個固定值；如果新建橋樑是曲線，那么這個值就會隨著曲線的曲率而變化。交角為90°就是正交了，其餘都是斜交。
斜交與正交差別最大在於銳角受力差別，以及構造筋上。
以上可能有誤，是根據姚玲森主編《橋樑工程》第二版第二篇第三章第二節中關於斜交板橋斜交角的定義。
地震反應影響
以標準跨徑的兩跨公路連續混凝土斜交橋為研究對象，建立動力有限元計算模型，分別進行了常遇地震影響下的反應譜分析和罕遇地震影響下的非線性時程分析，探討了斜交角變化對連續斜交橋地震反應的影響，並得到了影響規律。
公路斜交橋在國內被廣泛套用於高等級公路、城市道路和立交樞紐。與正交橋相比，斜交橋無論是結構靜力行為還是動力行為都較為複雜，尤其是在斜交角度較大時。關於斜交橋的靜力行為，已經取得了較多的理論研究成果；但關於斜交橋的動力行為，國內的研究則明顯不足，關於斜交橋地震反應特性及其抗震方面的研究更未見報導。以兩跨連續斜交梁橋為研究對象，分析了斜交橋的主要設計參數之一斜交角對公路連續斜交梁橋地震反應的影響，並得到了一些研究結論。
反應分析
分別以斜度、跨徑、寬跨比、端橫樑剛度、支座剛度作為參數，對公路斜交橋的地震反應做了一系列的參數分析研究工作；考慮了寬跨比、扭轉頻率與平移頻率的頻率比以及剛度偏心的影響。從國外已有的研究成果看，斜交角是影響斜交橋地震反應的主要設計參數之一，並分別進行了常遇地震影響下的反應譜分析以及罕遇地震影響下的非線性時程分析。
反映影響
1)在常遇地震影響下，斜交橋墩底地震內力的耦合效應基本可以忽略不計。因此，在計算常遇地震影響下的地震內力時，可以把斜交橋的支承線及其垂線這兩個正交方向作為地震動的最不利輸入方向，分別考慮水平地震作用。
2)在常遇地震影響下，當連續斜交橋的斜交角小於40°時，墩底地震內力按相應的正交橋計算，其誤差不超過10%；在斜交角大於40°時，可對墩底地震內力做適當折減。
3)即使在單一方向的水平地震影響下，連續斜交橋也會發生明顯的扭轉變形。因此，必須考慮結構變形的耦合效應。
4)在罕遇地震作用下，連續斜交橋在各個方向的墩頂水平位移基本上都比相應的正交橋大，在斜交角大於10°時，墩頂總的水平位移比相應的正交橋增大了約16%。
5)由於斜交橋的特性，支座沿支承線垂線方向的變形隨斜交角的增大而減小；在斜交角為60°時，斜交橋與相應的正交橋相比，支座變形值約可減小50%。
內力影響計算
採用結構有限元計算方法，運用參數變異法，計算在恆載和預應力作用下不同斜交角，即 15°，30°，45°和 60°，對斜交彎梁橋結構的邊跨支撐、墩頂及跨中等關鍵位置產生的內力影響，對比隨斜交角的變化，分析引起關鍵位置內力變化的規律及成因，驗證了連續斜交彎梁橋空間力學分析採用板單元有限元素法的合理性。
為了滿足複雜條件下道路橋樑布線要求，斜彎橋採用的越來越多。而斜彎橋設計與施工對工程部門提出了許多新的難題。設計部門運用通用結構程式來分析斜彎橋結構的內力時，通用程式並不能有效地解決邊界條件問題，結構動力分析也較難以實現。故對斜彎橋諸多問題如設計理論與方法、結構的力學行為、構造特點、施工技術等問題的解決就顯得非常必要。
恆載和預應力作用下結構內力計算與分析
對該類橋的內力做趨勢分析，故該斜交彎梁橋的恆載僅包含了主梁自重； 預應力筋僅考慮了主要預應力的作用情況。通過 ANSYS 計算，結構自重和預應力引起的主拉應力，最大主拉、壓應力隨斜交角的變化，經計算得到斜交角從 15°變化到 60°，最大主拉應力增幅 16.01%； 最大主壓應力增幅 10.47%。
支撐反力在邊跨支撐處，內側反力隨斜交角度的增大而增大，而外側反力則隨之減小，這主要由於隨著斜交角的增大，內力峰值向鈍角方向靠攏，故斜交處內側反力變大而外側反力減小。斜交角對斜彎橋的影響是顯著的，隨斜交角的增加斜彎橋的受力增大。當斜交角度從 15°增加到 60°時，邊跨支撐處內側反力增加 118.6%。內外側支撐反力的差值也更是增加了 240.5%。
橋墩支撐處支反力都隨斜交角度的增大而增大。並且支撐處外側支反力明顯大於內側，驗證了彎橋的支點反力有曲線外側變大、內側變小的傾向，即產生較大的扭轉，通常會使外梁超載，內梁卸載，內外梁產生應力差別，使梁體有向外側翻的趨勢。這不僅與彎橋的曲線半徑大小有關，還與斜交段的斜交角度有關。在邊跨支撐處和 P2墩頂左側位置，隨著斜交角度的增大，內外側支反力的差值逐漸增大； 而在 P2墩頂右側位置，由於支撐反力方向相反，隨著斜交角度的增大，內外側支反力的差值逐漸減小。
計算結果與斜橋的力學特性的驗證
通過對該斜交彎梁橋的計算分析，得出支撐反力在邊跨支撐處，內側反力隨斜交角度的增大而增大，而外側反力則隨之減小，其他支撐反力都隨斜交角度的增大而增大。為驗證斜交彎梁橋關於斜交角力學特性的計算結果與理論是否一致，理論上對斜梁橋進行計算，判斷其計算的合理性。
反力的這一特性在板橋及多梁式橋中均是如此，具體表現多個支座時，各支座的反力分布不均，鈍角區域的反力比銳角區域的反力大。
結構的內力與變形分析方法
1) 驗證分析了斜交橋隨著斜交角的增大，內力峰值向鈍角方向靠攏，故斜交處內側反力變大而外側反力減小。
( 2) 通過計算結果與理論分析比較，驗證了板單元理論的有效性和準確性，同時也說明了空間板單元有限元分析方法把異型複雜的結構模擬成一個縱、橫交叉的空間體系，體系力學模型符合結構的實際受力情況，可以直接得到結構的內力與變形，是一種簡便實用的分析方法。
斜交角影響
經濟高速的發展對道路等級和城市道路網系統的建設提出了更高的要求，此時湧現出大量的斜橋，而正橋是斜交角為0°的特例。影響斜橋橫向分布係數的因素很多，利用 Midas civil 建立有限元模型，主要分析斜交角對橫向分布的影響，橫向分布係數會隨著斜交角度的增大而減小，並通過實橋荷載試驗進行驗證。
採用有限軟軟體 Midas，對斜交連續小箱梁橋在斜交角、梁片數、橋跨長和每聯孔數不同因素下，分別建立模型，分析荷載橫向分布的規律。
有限元模型
採用虛擬橫樑法進行建立模型，採用格線法進行劃分單元，根據裝配式小箱梁橋的施工特點，縱向梁格分截面分為箱梁截面、翼緣濕接縫截面和邊箱樑上翼緣外側懸挑板截面，並設定虛擬橫樑。
影響分析
為了進一步了解連續小箱梁橋的荷載橫向分布規律，利用已建立的連續小箱梁橋有限元模型，研究斜交角度變化對荷載橫向分布係數的影響。
斜交角數據分析。在建設橋樑時，橋樑的選址最優的是與橋樑兩頭道路線形一致，並最大可能得與被跨越的障礙物正交，達到橋樑的跨徑最小，以使橋樑的跨經最小，但是為了使橋樑與相接道路、周邊環境相和諧，斜橋和彎橋在高等級公路和城市立交橋的建設中突現出來。
從跨徑為 20、25、30、35、40m 的橫向分布係數，隨著角度增大而變小； 從縱向看，隨著跨徑的增大，斜交角度相同情況下，橫向分布係數亦減小。同等跨徑、同等角度下邊梁橫向分布係數要比中梁大。
荷載分析
( 1) 隨著斜交角度變大，中梁和邊梁的跨中橫向分布係數均變小，表明了斜橋跨中彎矩隨斜交角增大而減小，並且從模型中可知邊跨比中跨的橫向分布係數大。
( 2) 邊梁的橫向分布係數比中梁大，邊梁所承受的內力較大，所以橋樑設計時，先以邊梁為對象，之後在進行最佳化設計。
( 3) 對斜交角為0°和30°的兩座連續小箱梁橋進行荷載試驗分析可知，兩座橋樑的橫向分布係數滿足隨斜交角增大而減小的規律。
