结合实际探讨曲线桥梁设计工作

结合实际探讨曲线桥梁设计工作摘要：随着交通行业的不断发展，桥梁工程越来越多的出现在人们的生活中，本文根据自身工作经验，介绍了曲线桥梁的受力特点，并分析了曲线梁桥设计中遇到的相关问题，发表在工作中所积累和总结的若干看法。

关键词：曲线梁桥；受力特点；设计要点；下部支承
1、前言
曲线桥梁的美观与实用，线形突出和不占用太多土地等特点受到广大桥梁设计者的欢迎和青睐，从而在实际中得到广泛应用。

但是曲线桥梁设计比较复杂，受力状态明显区别于其他结构形式的桥梁，所以设计中更加要求设计师综合考虑各种可能对设计结果有不利影响的因素，特别是对桥主梁和桥墩有影响的因素。

在我国已经出现多起因为设计因素而导致的桥梁事故的发生，比如主梁的开裂、偏转或者支座脱落，事故发生后，更需投入人力物力财力对原桥进行拆除，给国家带来严重的经济损失。

综上所述，曲线梁桥的设计，必须引起充分重视，并使用空间分析程序对其上下部结构进行全面的整体的计算。

下面就曲线梁桥设计中遇到的一些实际问题进行分析。

2、曲线桥梁的特点及其受力形式探讨
2.1 曲线桥梁梁体的弯扭耦合作用
曲线桥梁的曲梁在受到其他荷载的作用下，和其他受力体一样
会产生弯矩和扭矩，由于受整理受力体的影响，弯矩和扭矩相互作用影响，从而使的梁处于弯扭耦合作用状态。

此时，弯梁曲线桥表现出明显区别于其他桥梁的受力状态—截面主拉应力比普通直梁
大的多。

此时由于扭矩的作用，外侧的竖向挠度明显较大，使得桥产生扭转变形，由于弯扭耦合作用，在梁端可能出现翘曲，当梁端横桥向约束较弱时，梁体有向弯道外侧“爬移”的趋势。

2.2 下部受力复杂
由于每个桥墩的内部和外部的支座反力有明显差异，垂直力有明显不同。

弯桥的墩顶水平力，与直桥的制动力，内力，温度变化等引起的地震力相差不大，但也存在径向力，径向力主要由离心力和预应力张拉所产生。

基于上述的曲线梁桥的受力特点，可以得出在单立柱支承曲线梁桥结构设计中，配合其全面的整体空间受力计算分析，只采用横向分布的简化计算方法，不能满足设计要求。

必须能承受纵向弯曲，扭曲和变形的作用下，结合它的重量、预应力和汽车活载作用与详细的应力分析相结合，充分考虑其结构的空间受力特性，从而得到一个安全，可靠的结构设计。

3、下部支承方式对曲线桥内力的影响
曲线梁桥的不同支承方式，对其上、下部结构内力影响非常大，根据其结构受力特点一般采用的支承方式为：在曲线梁桥的桥台的两端或盖梁处采用两个或更多个点的支承支座，这可以有效地以这
样一种方式支承，以增加横向的抗扭转特性，以确保横向稳定。

曲线桥梁支承设计有很多种方式，可以使用曲线梁桥支承处得到更好的处理，根据平面弯曲，跨度，墩柱横截面，墩柱高度和预应力钢束力合理地选择具体的支承方式。

采取矩形宽柱上设置双支承点，或者采用双柱中墩。

这样的支承形式，可以提供更大的扭转约束。

独柱墩顶与梁固结的方式，柱墩可以承担部分主梁扭矩，扭转变形对主梁具有约束。

采用的不同的方式对曲线梁桥的下部结构的受力有很大的影响，迫使不同的桥梁应采用不同结构的支承方式。

通过以往的曲线梁桥设计经验发现以不同的支承方式可以影响桥梁的应力状态，其中特别是主梁的扭矩值和扭矩沿桥梁纵向分部的特点，同时还有主梁的受力状态。

下面将举例说明不同的支撑方式对曲线梁桥的影响。

某立交匝道桥，桥梁跨径为30×2+33+30×2+20=173m，中段有pt=33m(桥梁中线)的圆曲线段，最大圆心角为1830，整个桥梁位于道路回头曲线内。

桥梁横截面为单箱单室箱形预应力混凝土梁，梁高1.65m，中墩全部采用独柱，墩柱顶部放置板式橡胶支座。

设计中采用空间计算程序进行了详细的受力分析，其中对各中墩单点支承和双点支承(支座间距2.5m)两种结构形式进行了计算比较，图1是两种结构的扭矩图。

从图中可以看出：①采用双点支承时，在主梁的自重作用下，扭矩值较单点支承时的值最大可达30％，说明双点支座可有效减小
主梁自重扭矩；⑦双点支承时，预应力作用下，扭矩值较单点支承的值增大很多，而且扭矩分布规律也发生了变化，说明双点支承增大了主梁预应力所产生的扭矩；③在主梁自重与预应力荷载的合成扭矩仍然是双点支承的大。

当然这种规律对所有桥梁不一定有普遍性。

4、实例探析曲线梁桥下部支承设计意见
对结构的抗弯扭耦合性能估计不足，结构抗弯扭耦合性能较薄弱，以致发生过大的扭转变形(如内侧支座脱空)、支座或支座处混凝土发生破坏。

一般来说，当曲线桥的半径r＜100m时，就被称为小半径曲线桥，与大半径曲线桥相比，在跨径相同的情况下，因为曲率半径小，小半径曲线桥的“弯扭耦合”作用更加明显，对抗扭性能的要求也更高。

在曲线梁桥下部结构设计时，为减少占用土地、改善下部结构布局、增加视野和桥形美观，其下部墩往往往采用独柱支承方式。

此种下部结构的抗弯扭耦合性能较差，对小半径曲线独柱墩桥的抗扭性能的研究更应引起我们的重视。

我们以铜陵市小半径曲线桥为依托工程，对小半径曲线独柱墩桥支座的抗扭性能和主梁的抗扭性能进行静载试验，得到了一些研究成果。

4.1 工程概述
a匝道桥跨径布置为3×(3×20)m，全长183.44m。

桥梁最大纵坡4％，最高处设r=933.821m的竖曲线；横坡由桥梁起点的-2.12％线性过渡到终点的4％，平曲线采用r=50.0m的小半径圆曲线。

上
部结构采用梁高1.4m的等高度斜腹板(加圆倒角)钢筋混凝土连续箱梁。

下部结构桥墩采用扁柱式墩，墩顶弧形加宽，长边中间刻凹槽，在伸缩缝处采用双柱式墩，墩顶用系梁连接，桥台为轻型埋置式桥台，桩基础。

桥面铺装为10cm厚的沥青混凝土，桥梁全宽8.5m。

设计荷载等级：城-a级。

4.2 结构受力特点
曲线梁桥受力特点是相对于直桥而言的，由于主梁的平面弯曲使得下部结构墩柱的支承点不在同一条直线上，从而造成曲线梁桥的受力状态与直桥有着很大差别。

(1)从分析直桥角度来看，由于主梁自重和预应力钢束的双重作用，桥梁的荷载是对称的，因此对主梁不产生扭矩和扭转效应，曲线桥梁在这方面有明显不同，由于自重和预应力效应所产生的扭矩和扭转效应必须引起设计人员的足够重视，在较大跨径、大曲率、小半径的曲线桥梁的设计中，主梁组合最大扭矩可以达到纵向最大弯矩值的50％以上。

(2)桥梁支撑点的位置对受力情况有较大影响，因此采用独柱支承，同时考虑到曲线桥梁抗扭能力弱，故，曲线桥梁两端设置抗扭支承，以增加桥的整体稳定性由于端部支座横向受力分部不均，当主梁传递力到两端时，一定概率会导致发生支座反力为负值的情况。

还有行车荷载的偏心传递，以及行驶时的离心力也会使曲线桥梁发生偏转和扭转变形。

5、结束语
曲线梁桥在进行边墩盖梁和支座设计时，由于其横向各支座反力相差较大，所以对边墩各支座反力应进行结构空间计算后确定，这样才能计算出反力的最不利值，同时避免边支座产生负反力，才能满足设计要求。

只使用平面杆系程序计算出支点总反力后横向平均到各个支座上的方法，不适合曲线梁桥。