曲线连续梁桥的结构设计

科技创 新 与应用 Ｉ ２ ０ １ ３ 年第６ 期 路 桥 科 技 来自曲线连续梁桥 的结构设计
许 传 贵
（ 辽 宁乾成工程设计 咨询有限公 司， 辽宁 沈阳 １ １ ０ ０ ０ ３ ） 摘 要： 曲线梁桥是高速公路和城市立交中普遍应用的一种桥型。文章根据曲线梁桥的结构受力特点， 论述 了曲线梁桥在施工及成 桥 运 营阶段 出现 病 害的原 因 ， 论述 了曲线 梁桥 在设 计 中应 注意的 问题 ， 并提 出 了该 类型桥 梁设 计 中的一 些经验做 法 和解 决方案 。 关键 词 ： 曲 线 梁桥 ； 结构 设 计 ； 受力 特点 考虑扭矩对整体结构的影响，曲线梁不仅应在腹板侧面布置较 目前在 高等 级公 路及 城市 立 交 中曲线 梁桥 的应 用得 到 了普 遍 的 多 受力 钢筋 ， 而 且其 截 面上 下缘 钢 筋也 比 同等跨 径 的 直桥 多 ， 同 时配 认可， 尤其 在城 市 立交 匝道设 计 中最为广 泛 。曲线梁桥 的设 计 中常采 置较 多 的抗 扭 箍筋 。 用 箱型 截面 ， 因其 具 有材 料用 量少 、 结 构 自重小 、 抗 扭刚 度大 、 整 体稳 ３ ． ４下 部支 撑方式 的选 用 定性好 、 截面应力分配合理等优点 ， 而在曲线梁桥中应用非常普遍。 曲线梁桥下部支撑方式的选取 ，直接影响桥梁整体结构内力的 现阶段 曲线梁桥的设计和理论研究已经取得了很多成果 ，但由 分 布情况 。 对于 曲线 梁桥 ， 中间支 承一般 分 为两种类 型 ： 抗 扭型 支承 和 于 曲线 梁桥 结 构受 力复 杂 、 施工 过程 中标 高不 能 准确 的控制 ， 由于设 单支点铰支承。根据以往的设计经验下部支撑方式的选用可参照以 计 的原 因导致 在项 目的施工 或 使用 过程 中已多 次发 生过 事故 。常见 下 原则 ： 问题 主要 为 ： 曲梁 内侧支 座 脱空 ； 主梁 横 向侧 移 量 过大 ； 横 向刚 度不 ３ ． ４ ． １对 于 宽度较 宽 、 曲线 半径 较大 的 曲线梁 桥 （ 桥宽 Ｂ ＞ １ ２ ｒ ｎ 、 半 足 引起 扭 曲变 形 ； 固结 墩墩 身开 裂 ； 梁 体 的外移 和 翻转 进一 步导 致支 径 Ｒ ＞ １ ０ ０ ｍ） ， 主梁所受的扭转作用小 、 桥体宽度较大及横 向连接来增 座、 伸缩 缝 的剪切 破坏 和平 曲线超 高 的丧失 等 。 故在 曲线 梁桥 的设计 加 横 向的稳 定性 ，故 在 中墩位 置采 用具 有抗 扭较 强 的多柱 或 多支座 与施工过程中应充分考虑结构 的弯 、 剪、 扭受力特性 ， 对结构 内力进 的支承 方式 ， 亦 可采用 墩 柱与梁 固结 的支 承形式 ， 即抗扭 型支 承 。 行准确分析及合理优化， 消除设计带来 的不安全隐患。 ３ ． ４ ． ２ 对 于宽 度 较窄 、 曲线 半径 较 小 的 曲线 梁 桥 （ 桥宽 Ｂ ≤１ ２ ｍ、 ２ 曲线 梁桥 受力 特点 半径 Ｒ ≤１ ０ ０ ｍ） ， 主梁 所受扭 转作 用大 ， 尤其是 预应 力钢束 径 向力作 用 ２ ． １“ 弯一 扭” 耦 合作 用 所 产生 的主 梁横 向扭矩 ， 导致扭 转 变形很 大 。由于 桥窄 因此宜 采用 独 曲梁 由于 自身 及外 荷载 的作用 下会 同 时产生弯 矩 和扭矩 ， 并且 相 柱墩 ， 但 应视 墩柱 高度 的不 同来 选用 支承 结构形 式 。较高 的 中墩 可采 互作 用 。表 现为 曲梁 内外 侧尺 寸不 同 、 支座 反力 不等 、 外荷 载偏 心 及 用墩柱 与梁 固结 的结构 支承 形式 ， 较 低 的 中墩 可采用 具有 较弱 抗扭 能 预应力径向作用共同引起较大的扭矩， 使梁截面处于“ 弯一 扭” 耦合作 力 的单点 支 承的方 式 。这样 可有 效 降低墩 柱 的弯矩 和减 小 主梁 的横 用 的状 态， 其 截 面主 拉应 力 比相 应 的直 梁桥 大得 多 ， 这 是 曲梁 所独 有 向扭转变形 。但这两种支承方式都需对横向支座偏心进行调整。 的受力 特点 。 ３ ． ５墩柱截面的合理选用 在变形方面， 强大的扭矩作用致使 曲线梁桥产生扭转变形； 曲线 正如以上所述 ，当采用墩柱与梁固结的支承形式且墩柱较矮的 外侧的竖向挠度要大于同等跨径的直桥 ； 由于“ 弯一 扭” 耦合作用， 在梁 情况 下 ， 宜 采用 矩形截 面墩 柱 。因为矩形 截面沿 主梁 纵 向抗 弯 刚度较 端可能出现“ 翘 曲” ； 当梁端处横桥 向约束较弱时， 梁体有 向曲线外侧 小， 而沿主梁横 向抗弯刚度较大， 这样不仅减小了主梁横向扭转变形 ， 而且 较少 了墩 柱 的配筋 。针 对整 体结 构 的受力 特点 拟定 构造 和 配置 “ 爬 移” 的趋 势 。 在 受 力方 面 ， 由于存 在较 大 的 扭矩 ， 通 常 会 使外 梁 超 载 、 内 梁卸 钢筋 ， 使整 个设计 更加 合理 安全 。 载， 尤其 当活 载偏置 时 ， 内侧支 座甚 至会 出现负 反力 ， 如果 支 座不 能承 ３ ． ６支 座形式 的合 理选用 受 拉力 ， 就会 出现梁 体与 支座 发生 脱离 的现象 ， 即“ 支 座脱 空 ” 现象 ， 这 根据 以上 所介 绍 的结构 受力 特 点及设 计 中的 经验做 法来 选 取相 种 现象 在小 半径 的宽桥 中特 别 明显 。 对应 的支座类 型 ， 具体 如下 ： ２ ． ２下部 墩台受 力复 杂 ３ ． ６ ． １曲线连续 梁桥 选用 中墩 支座 时， 尽 可能 横桥 向位 移 固定 ， 限 曲梁 内外侧 支 座反 力相 差较 大 ，导致 各 墩柱 所受 垂直 力有 较 大 制 主梁 横 向侧 移， 可 采用盆 式或 普通板 式橡 胶支座 。 差 异 。 曲线桥墩 顶 水平 力不 仅 由制 动力 、 温度 变化 引起 的 内力 、 地震 ３ ． ６ ． ２ 当桥 长大 于 １ ０ ０ ｍ 时， 梁 端支 座可 采 用盆 式橡 胶 支座 及 带 力等 产生 外 ， 还有 汽车 离心 力 和预应 力 张拉 产生 的径 向力 ， 这也 是 比 有 横桥 向位 移 固定装 置 的 四氟板 橡胶 支座 ，保证 桥梁 顺桥 向 自由滑 直线桥 墩顶 受力 复杂 之处 。 动、 横桥 向位 移 固定 ； 当桥 长小 于 １ ０ ０ ｍ时 ， 梁端 支座 可 以采 用普 通 板 故 在 曲线 梁 桥结 构设 计 中， 应 进行 全 面的 三维 空间受 力分 析 ， 只 式橡胶支座。对于曲线梁桥支座设计 ， 选用“ 梁端设普通板式橡胶支 采用横向分布等简化计算方法， 不能满足设计要求 。必须对其在承受 座 、 所有 中墩设 横 桥 向 自由滑 动 的盆 式 支座 ” 是 非常 危险 的， 应 引起 设 纵 向弯 曲 、 扭转 和翘 曲作用 下， 结 合 自重 、 预应 力 和汽 车活 载等 荷载 进 计者 的重视 。 行详 细 的受力 分析 ， 充 分考 虑其 结构 的空 间受力 特点 才能 保证 结构 设 ３ ． ６ ． ３当 曲线梁 桥较宽 时， 桥 梁整 体升 降温 变化 在墩 顶产 生 的横 桥 向水平力 会较 大， 尤 其是 当所有 中墩 支座均 为横 桥 向位 移 固定 时 ， 计 的安 全性 。 ３ 曲线 梁桥 的结构设 计 水平力 增加 更为 明显 ， 整 体计 算时应 关 注水平力 变化 情况 。 直 线梁 桥在 设计 中主要 考 虑梁 的“ 弯、 剪” 作用 ， 而 曲线 梁 桥结 构 ４结束 语 曲线 梁桥 由于其结 构受 力 的特殊 性 ，较 同等跨 径 的直梁 桥要 复 处于“ 弯、 剪、 扭” 的复合受力状态， 故桥梁整体要以抵抗复合受力状态 进行 结 构设计 ， 并在 构造设 计 中加强 抵抗 措施 。 杂得 多 ， 因此 在进 行设计 和计 算 时应 引起 足够 的重 视 。 通过 对 曲线 梁 ３ ． １弯扭 刚度 比 桥结 构受 力 特点 的分析 及设 计 中存在 问题 的总结 ，并提 出了 曲线 梁 曲线梁 桥 的弯扭 刚 度 比对结 构 的受力 状态 和变 形状 态有 着 直接 桥设 计 中 的一些 经验做 法 和解决 方 案 ，对 同类 桥梁 的设 计具 有 一定 的关系： 弯扭刚度比越大 由曲率因素而导致的扭转变形越大。 故在曲 的参 考价 值 。 参考 文献 线梁桥设计时， 满足曲梁竖 向变形 的同时， 应尽可能减小抗弯刚度 、 增大抗扭刚度， 来抵抗对整体结构产生的不利影响。 所以在曲线梁桥 『 １ ］ 姚玲 森曲 线梁『 Ｍ１ ． 北 京： 人 民交通 出版社 ， １ ９ ８ ９ 中． 抗扭惯矩较大的箱形截面和低高度梁的应用最为广泛。 『 ２ １ 邵容 光 ， 夏 淦等 ． 混凝 土弯 梁桥 『 Ｍ １ ． 人 民交通 出版社， １ ９ ９ ４ ． 『 ３ １ 吴 西伦． 弯梁桥设 计『 Ｍ］ ． 人 民 交通 出版 社 ， １ ９ ９ ０ ． ３ ． ２截 面设计 孙 广华 ． 曲线 梁桥 计 算ｆ Ｍ １ ． 人 民交通 出版社， １ ９ ９ ５ ． 曲线箱梁桥截面设计 时， 要在桥跨范围内设置一些横隔板， 并且 １ ５ １ 何 维 力． 独柱 支承 的曲线 梁桥 设 计【 Ｊ Ｊ ． 北京 建筑 工程 学院学报 ， ２ ０ ０ １ ． 要比相应的直梁桥有所加强 ， 增加横桥向刚度并保持全桥稳定性 。 在 『 『 ６ １ 赵巧燕． 多跨 混凝 土 弯 梁桥 若 干 问题研 究［ Ｊ 】 ． 北京 工 业 大 学工 学硕 截 面发生 较 大变化 的位 置， 要设 渐变 段过 渡， 减小 应力 集 中效 �