第2讲 曲线梁桥结构受力特点及构造

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2.5 曲线梁桥支座布置 曲线梁桥的支座布置是一个比较复杂的问题，支座布置是否合理，不但会影 响结构的受力，而且会影响车辆的正常行驶，其核心是如何通过支座布置来有效 承受由自重和活载偏载等因素所产生的组合扭矩作用。我国近年来一些城市所设
计的连续弯梁桥中，常因支座的布置不当而出现故障。
桥台支座不具备抗扭能力，致使运营过程中出现内侧支座脱空，端部向 外侧偏移，而内侧则超上其翘，伸缩缝装置破坏，被迫中断交通； 中间桥墩均布置单点活动支座，且不具备限制桥面径向位移的功能，在 升温作用下，桥梁向径向起拱，桥面中轴线向外弧侧偏移，从而加大了恒 载产生的扭矩，最后使整个桥面向外弧册产生不同程度的倾斜； 桥墩刚度设计不合理。
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2.3 曲线梁桥的变形特点
引起曲线梁桥在水平面内产生位移的因素有两大类，且两类位移的方向 有很大的差别。 （1）由于温度变化和混凝土收缩引起的水平位移 这类位移属于弧线膨胀或收缩性质的位移，它只涉及到曲率半径的变化， 而圆心角不发生改变。 如梁的左端为固定支座，其余为多向活动支座，当降温（或混凝土收缩） 时，位于1#、2#、3#支座处的桥面将分别产生沿01,02,03方向的位移，均指 向固定支座（0#）。值得注意的是，此时支座均发生了沿径向和切向的位移。
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1
3
0 (1 ), ( p )
3 r0 ( 0 )
连续曲线梁桥在预应力和混凝土徐变作用下的平面内变形
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2.3 曲线梁桥的布置与构造 （1）曲线梁桥平、纵、横布置 每一座桥梁的设计总会涉及到诸多因素与制约条件，在综合考虑这些因 素之后，拟订总体布置方案。桥服从路线要求。 主要内容包括： 结构体系的选择：弯梁桥、弯拱桥、弯刚构桥、弯斜拉桥等。 桥梁分孔：连续弯梁桥的跨度大多是集中在50~60米以下的中等跨径 梁高选择：多采用等高度截面梁，当跨度较大时采用变高度截面。 主梁截面选择：板结构、T梁、I型梁及箱形截面
独柱墩 当曲线连续梁桥的曲率半径比较小，宜采用这种形式，它有利于 立交桥的桥墩布置，占地范围小； 建在河中，其阻水面积小，并且有利于整个桥型的美观。 Y型墩
适合桥宽较大，且桥下有行车要求的情况；
造型比较美观； 双柱墩 适合桥宽比较大，这样布置可以满足桥下行车要求的情况； 受力简单；
和该处的应力集中；
梗腋形式：1：1，1：2，1：3， 1：4等
几种梗腋形式
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（3） 曲线梁桥桥墩形式 曲线梁桥的桥台与直线桥并无多大差别，主要区别在桥墩。当桥梁上部 结构采用箱形截面时，可选用如下图所示的桥墩形式。
曲线梁桥桥墩形式
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独柱支承曲线连续梁桥偏心距设计
1．工程简介
为了研究独柱支承曲线梁桥中支点合理偏心距的设置问题，设计了一座五跨预 应 力 混 凝 土 独 柱 支 承 曲 线 连 续 梁 桥 ， 其 跨 径 布 置 为 ：
30 30 30 30 30 150 m ，平面布置见图 1，中间三个支承为独柱式点支承，
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肋式截面（T形或I形） 直线桥：钢筋混凝土简支T形梁标准跨径10、13、16、20米； 预应力混凝土简支梁桥标准跨径25、30、35、40米。 构造：类似与直线桥的T形、I形梁截面
特点：适合跨度不大，建筑高度允许的情况。
示例：徐州市史小桥 采用13和16米的装配式T形梁，曲线半径为R=260m，设计荷载等 级为：汽车—20级，挂车—100。（相当于公路II级） 需要说明的是，这类截面属于开口截面，不利于截面的抗扭变形，但 当建筑高度允许的时候，且跨度也不太大时，可以考虑采用肋式截面，但 要注意各主梁的内力横向分配关系，特别要注意的是内梁的支点负反力出 现的可能性。
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第二讲 曲线梁桥结构受力特点与构造
教学目的： 了解曲线梁桥的基本受力特点与构造。 教学任务：
（1） 曲线梁桥基本受力特点；
（2） 曲线梁桥结构力学特性影响因素； （3） 曲线梁桥结构变形特点；
（4） 曲线梁桥布置与构造；
（5） 曲线梁桥支座设计。 课后作业：
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表1 箱梁顶板厚度随腹板间距的变化关系 腹板间距（m） 顶板厚度（cm） 箱梁腹板厚度 箱梁腹板的主要功能是抵抗扭—剪内力，在预应力混凝土梁中，采用弯 起预应力钢束可以有效地减小腹板中的竖向剪力。 满足抗剪、扭的承载能力要求； 3.0 17.5 <=4.5 20.0 <=7.5 25.0 <=10.0 30.0
1.1 曲线梁桥基本受力特点
由于曲线梁桥的“弯扭耦合”作用，曲线梁在承受竖向弯曲的同时，由于
曲率的影响（即曲线梁桥重心经常位于两端连线之外，从而产生扭矩），必然 产生扭转，而这种扭转又将导致挠曲变形，这种弯曲与扭转的相互作用称为 “弯扭耦合”作用。 （1）在同样荷载作用下，曲线梁桥的竖向挠度比同等跨径直线桥要大； （2）弯梁桥外边缘挠度大于内边缘挠度，而且曲率半径愈小，则这种影响愈 严重； （3）对于多主梁曲线梁桥，外侧主梁所承受的内力比内侧主梁的内力要大， 从而导致内外主梁应力产生差别； （4）曲线梁桥的横梁是防止扭转，保持全桥稳定的重要构件，因而与一般的 直线桥相比，其刚度要较大；
墩台形式选择：与连续梁差别不大；
基础选择：与连续梁差别不大。
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（2）曲线梁桥主梁截面形式
曲线梁桥的主梁截面形式很多，应根据桥梁的跨径、宽度、建筑高度的要
求、支撑形式、施工方法、桥面超高方案和总体布置的情况，合理地选定主梁的 横截面形式，以便减轻结构自重、增大跨越能力、节省材料用量、简化施工方法、 改善主梁受力性能。 板式截面 特点：构造简单、施工方便， 适合跨度不是很大的 桥梁；
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方案一：容许活动端在平面内旋转 姚玲森建议：在容许活动端可采用在构造上容许梁端发生切向位移和平面内旋 转的变形，但限制其径向位移。计算表明：在容许活动端发生转 角位移的情况下，可显著减小垂直轴线方向的约束力，而且端部 的转角位移极小（-0.0133~0.0176度），对于橡胶型伸缩缝不会 带来困难，是比较经济和合理的方案。（引自《混凝土弯梁桥》 邵容光） 方案二：设置横向限位装置
满足钢筋布置要求；
斜腹板的设计：优点是可以减小底板的宽度，从而减小墩台尺寸，也 可减小迎阳光的面积，有利于降低温度应力；缺点是截面的抗扭刚度 有所降低，为了适应支点负弯矩区承压的需要，须局部加厚底板尺寸。
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梗腋设计 梗腋设计十分重要，可提高截面的抗扭刚度和抗弯刚度，主要功能是增加角 隅处的联结刚度，减小截面的畸变应力。 增大顶板的支点刚度，减小顶板跨 中的弯矩； 梗腋可使剪力流过渡比较平顺，缓
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箱梁顶板厚度 顶板是箱梁结构的一部分，也是行车道板直接受车辆轮载的结构部分， 受力比较复杂。
在正弯矩区段满足受压承载能力要求；
在负弯矩区段满足钢筋布置要求（包括预应力钢束布置要求）； 顶板厚度的设计与腹板间距有关，可参考表1来拟定； 对于中小跨径曲线梁桥而言，采用腹板中距为2~3米的多室箱梁是比 较经济合理的；但对于大跨度曲线连续刚构桥，多采用单箱单室截 面，增大腹板间距，增大顶板厚度的构造形式。同时采用大悬臂构 造（Lcan=2~3m），从而使梁梗部的腹板内外侧的顶板所受弯矩比较 接近，以利布筋合理，同时增加美观。
（1）圆心角 0
当圆心角 0 较小时（ 0 22 . 5 ~ 30 ） ，由于扭转作用所引起的挠度影响较小，

可以作为直线梁桥来处理。 另外，F.Leonhard 指出，圆心角 0 50 时，纵向弯矩可以按 L R 0 的直线梁桥来计算。

加拿大规范（OHBDC）将 L
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支座布置建议： 桥台处设置具有切向位移功能的抗扭支座； 中间桥墩设置一固定的抗扭支座，见下图； 将中间一桥墩设计成墩梁固结形式，其余设计为点铰支承； 为了达到人为调整扭矩分布的目的，分别给中间各点铰支承以一定的预偏心； 当上部结构太宽时，由于温度作用会使主梁梁端产生水平面的内力，因此当上 部结构太宽时，可设计成分离而并列的两座窄桥。
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箱形截面 中小跨径的曲线梁桥大多采用箱形截面。 特点：截面挖空率大，材料用量少，结构自重小，抗扭刚度大，截面应力分配 合理。 “扁平箱截面”：适合曲线梁桥。（弯扭刚度比K） 进行曲线梁桥的横截面设计时，有关的细部尺寸可参考已有图纸，也可 参考如下建议进行拟订。 箱梁底板厚度 在承受负弯矩时，能够提供足够的抗压承载力；根据负弯矩区段的负 弯矩大小可作成变厚度底板； 满足底板内钢筋构造的要求； 建议跨中取20~25cm；支点处：取为墩顶梁高的1/10~1/12（T构）；
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BR
1 . 0 作为判别曲线梁桥是否可以按直线梁桥计算的条件。
（2）弯扭刚度比 k EI GI
d
在满足竖向变形的前提下，宜尽可能减小 EI
值，增大 GI
d
值，以
提高弯扭刚度比，从而减小曲线梁桥的弯扭耦合作用效应。
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（3） 曲线半径的影响 R 曲线梁桥的曲率半径是影响曲线梁桥受力性能的主要因素之一。在 曲线梁桥的设计中，曲率半径的选择往往是由桥位地形确定的。 （４）桥梁宽度的影响 B 曲线梁桥的桥宽也是影响曲线梁桥力学特性的主要因素之一，对于 曲率半径、跨径一定的曲线梁桥，桥宽越小，则曲线梁桥的力学特点表 现的越明显。 （５）曲线梁桥支承方式的影响 曲线梁桥支承方式是影响曲线梁桥内力分布的主要因素之一，不 同的支承形式将改变主梁的内力分布。这一点在曲线梁桥的设计中应该 注意。