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小半径曲线桥梁设计的要点 摘要：小半径曲线梁桥，除承受弯矩、剪力外，还有较大扭矩和翘曲双力矩的作用。曲线桥具有增添城市景观、使桥梁服从路线布置、提高交通枢纽使用功能等优点，因此在城市建设中应用越来越广泛。小半径曲线梁桥的设计越来越引起人们的重视，当务之急是我国现行相关技术规范和设计理论有待进一步研究和完善。本文首先分析了曲线梁桥的力学特性，然后详细阐述了小半径曲线梁桥的设计的要点。 关键词：小半径；曲线桥梁；支座；防崩钢筋；箱梁 一、曲线梁桥力学特性曲线梁桥在竖向荷载作用下，由于曲率半径的影响，必然产生扭转，而扭转又导致挠曲变形，这样梁体不仅受弯矩作用，同时还受扭矩作用，这称之为弯扭藕合作用。弯扭耦合作用导致曲线箱梁桥具有以下几点力学特性。 （一）梁内外侧受力不均由于扭矩的作用会造成外梁超载、内梁卸载等问题，致使弯梁桥外边缘弯曲应力大于内边缘，外边缘挠度大于内边缘，内梁和外梁受力不均，反应到箱梁上则是内外腹板受力不均。当活载偏置时，内梁支点甚至可能产生负反力，甚至会出现梁体与支座脱离的问题发生。 （二）挠曲变形曲线箱梁桥的挠曲变形一般要比相同跨径的直线桥大，弯桥的挠曲变形是弯曲和扭转的迭加。 （三）横向水平力汽车在曲线梁桥上行驶时会对桥梁产生水平方向的离心力。预应力、混凝土收缩徐变及温度变化等不仅对桥梁会产生纵向水平力，也会产生横向水平力。外荷载对桥梁产生的横向水平力会增大梁体截面扭矩和桥墩弯矩，并有可能造成横向的位移或者是桥梁在平面的转动。 （四）翘曲与畸变对于弯箱桥梁，由于在弯扭耦合的作用下会出现综合截面应力相对直线桥梁而言较大的问题，特别是在截面扭转以及畸变作用下，这一问题更突出。但其数值往往只占基本弯曲应力和纯扭转剪应力的5% ～ 10%，经过初步的估算，在设计过程中可以采取增设横隔板的设计处理方式，尽可能的控制截面畸变变形。 二、小半径曲线桥梁的设计要点（一）箱梁的设计1、箱梁跨径的选择弯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的关系：弯扭刚度比越大，由曲率因素而导致的扭转弯形越大，因此，对于弯梁桥而言在满足竖向变形的前提下，应尽可能减小抗弯刚度、增大抗扭刚度。所以在曲线梁桥中，宜选用低高度梁和抗扭惯矩较大的箱形截面。小半径曲线梁桥的梁高大于跨径的1/18 时，是比较经济的。在特殊情况下也不应小于跨径的1/22。 2、截面设计在曲线梁桥截面设计时，要在桥跨范围内设置一些横隔板，以加强横桥向刚度并保持全桥稳定性。在截面发生较大变化的位置，要设渐变段过渡，减小应力集中效应。 （二）支承方式的选择在曲线桥中，不同的支承方式对上、下部结构内力影响较大，一般支承分为两种类型：抗扭支承和点铰支承。 抗扭支承通常由横向两个以上的板式橡胶支座或盆式橡胶支座组成，而点铰支座只由一个板式或盆式橡胶支座组成，常常配以独柱墩。连续梁端常采用抗扭支座，该支承方式可有效提高主梁的横向抗扭性能，保证其横向稳定性。曲线桥的中间支承可用抗扭支承也可用点铰支承，在实际工程中大多采用盆式或圆板橡胶支座，以适应主梁纵横向的变形要求。但是如果在采用墩高较大的独柱式中墩构造时，更宜采用墩梁固结的构造，充分利用桥的柔性来适应曲线桥的变形要求，从而获得较好的经济效果。 （三）小半径曲线桥梁支座的布置形式曲线箱梁桥支座的布置型式通常采用全部采用抗扭支承、两端设置抗扭支承，中间设单支点铰支承、两端设置抗扭支承，中间既有单支点铰支承，又有抗扭支承的混合式支承，下部墩柱应与之相匹配。 在曲线箱梁桥中，两端为抗扭支座(双支座)，联内安置几个铰支座的布置已不多见，即使对小跨径小半径的非预应力曲线梁，一般也采用设内、外偏心支座方案。通常预应力钢束引起的扭矩随弯曲半径的减小而加大，总的扭矩随跨长而增大，因此跨中的偏心支座，在与偏心距的设置上要分别考虑以下几方面的影响：1、横向恒载不均匀的影响，可通过设置中墩偏心距e 来解决；对于弯曲半径大于130m 的曲线梁，这个偏心距不大，一般在0.1m～0.2m 左右；2、预应力束形成扭矩的影响这部分扭矩的影响相当大，有时在半径为130m、联跨长140m 的四跨曲线箱梁中可达20000KN·m 以上，若用增加跨中支座偏心距的办法，则跨中支座的总偏心距为e = e+ e'，式中，e'为抵抗预应力所产生的扭矩；若跨中支座按设内、外偏心支座的方案布置，偏心距的加大可使端部抗扭的双支座中的反力大致相等(或外侧支座反力稍大些)；3、曲线梁从施工完成到使用后的相当一段时间内均受到徐变、温度以及不均匀扭矩的影响，支座总有滑移，因此每联曲线梁必须设有一个固定支座，固定支座一般设在跨中，有时也可特意在跨中设固结墩；4、若梁的线刚度较低，则在内侧边缘行驶车辆的活载作用下会使内侧受拉区产生较大的应力及挠度(或转角)，此时可采用设内、外偏心支座的布置方案；5、对于设内、外偏心支座的支座布置，梁内的扭距使梁产生扭转转动，与直线箱梁不同，曲线梁中这种扭转属于约束扭转，因此梁体内既有剪力滞效应，又有翘曲与畸变应力，当半径R 足够大时这种影响不明显，从而使扭转有些类似于自由扭转，截面内只有剪力流；6、对曲线箱梁而言，在曲线箱梁中布设一抗扭支座（可以是双支座, 也可以是固结墩）的方案是既合理又保险的方案，但这样的桥墩会发生由于外支座反力过大导致墩顶横梁开裂的事故，为防止这类事故的发生，可通过在墩顶横梁内布设预应力钢束或者加大墩顶的布筋密度来避免。 （四）其他构造设计1、横隔梁的设计曲线箱梁桥的横隔梁设置相当重要，如果设置内横隔梁不恰当，横断面的畸变引起的畸变应力可能会超过受弯正应力。设计时可采用腹板剪力法计算横梁内力，指导配筋，配筋应比直桥有所加强，满足工程精度要求。腹板剪力法就是把支点反力看做是腹板剪力作用给横梁造成的，按照结构力学计算横梁内力。 2、横向挡块设计为限制曲线梁桥的梁体径向爬移，可在墩顶设置限位横向挡块的办法来解决。 3、预留封锚段长度的设计当连续几联现浇箱梁施工时，联与联之间预留封锚段长度不宜过大，但需满足预应力钢束的张拉空间要求，实际工程中尽量采用张拉行程小的轻量化千斤顶，以减小张拉所需空间，预应力钢束采用多次张拉，并分次剪除伸长量，以便在较小的预留封端长度内完成张拉工序。 4、防崩钢筋设计直线桥中预应力钢束除锚固区域有部分平弯外，其它位置一般只是竖弯，而曲线桥钢束始终都有平弯，在预应力钢束水平径向力作用下，预应力钢束可能压破混凝土保护层而崩出，曲线平面内、外管道的最小混凝土保护层厚度除满足规范要求外，在曲线桥设计时一般在梁中配置U 形防崩钢筋，箍筋仍以抗剪抗扭来设计，防崩钢筋采用直径 12 以上的带肋螺旋筋焊接在箍筋上，通常40～60 cm 布置一道。 结语综上，小半径曲线梁桥的设计比较复杂，其温度效应、预应力效应、活载的影响面加载都不同于直线桥梁的计算。但通过高精度的分析计算，可以较为准确地掌握其结构的受力行为。针对其不同于直线梁的受力特点，在设计中采用相应的有效措施，是可以设计出较为可靠且经济适用的曲线桥梁的。 参考文献[1]周勇,余泽新,张明武.小半径曲线梁桥的设计[J].中外公路,2007.4.[2]方水平，许友梅.小半径钢筋混凝土曲线梁桥设计浅析[J].广东建材，2011.4.[3]安金星,周渝,杨林鹏.小半径预应力混凝土弯桥结构设计之浅谈[J].城市道桥与防洪,2012.8. 本文来源：https://www.dywdw.cn/0f3b0d1ded06eff9aef8941ea76e58fafbb04576.html
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2022-04-17
