連續(xù)彎梁橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

蔣鵬

（桂林市交通勘察設(shè)計(jì)院，廣西 桂林 541001）

1 概述

目前彎梁橋在現(xiàn)代化的公路及城市道路立交中的數(shù)量逐年增加，應(yīng)用已非常普遍。尤其在互通式立交的匝道橋設(shè)計(jì)中應(yīng)用更為廣泛。由于受地形、地物和占地面積的影響，匝道的設(shè)計(jì)往往受到多種因素的限制，這就決定了匝道橋設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn)：(1)匝道橋的橋面寬度比較窄，一般匝道寬度在6～11m 左右。(2)由于匝道是用來實(shí)現(xiàn)道路的轉(zhuǎn)向功能的，在城市中立交往往受到占地面積的限制，所以匝道橋多為小半徑的曲線梁橋，而且設(shè)置較大超高值。(3)匝道橋往往設(shè)置較大縱坡，匝道不僅跨越下面的非機(jī)動(dòng)車道，有時(shí)還需跨越主干道和匝道，這就增大了匝道橋的長(zhǎng)度。由于匝道橋具有斜、彎、坡、異形等特點(diǎn)，給橋梁的線型設(shè)計(jì)和構(gòu)造處理帶來很大困難。

2 彎梁橋的平面及縱、橫斷面布置

隨著高等級(jí)公路在路線線形方面的要求越來越高，要求橋梁設(shè)計(jì)完全符合路線線形，所以橋梁的平面布置，基本上應(yīng)服從整體線形布置的要求，橋梁縱坡也應(yīng)服從路線縱坡。為了抵抗梁截面的彎矩和扭矩，在彎梁橋設(shè)計(jì)中多采用箱形截面。由于橋面超高的需要及梁體受扭時(shí)外邊梁受力較大的需要，故可在橋梁橫向?qū)⒏髦髁翰贾米龀刹煌牧焊?。為了?gòu)造簡(jiǎn)單，方便施工，也可將主梁做成等高度的，其超高橫坡由墩臺(tái)頂面形成。

3 彎梁橋結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)

3.1 梁體的彎扭耦合作用

曲梁在外荷載的作用下會(huì)同時(shí)產(chǎn)生彎矩和扭矩，并且互相影響，使梁截面處于彎扭耦合作用的狀態(tài)，其截面主拉應(yīng)力往往比相應(yīng)的直梁橋大得多，這是曲梁獨(dú)有的受力特點(diǎn)。彎梁橋由于受到強(qiáng)大的扭矩作用，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，其曲線外側(cè)的豎向撓度大于同跨徑的直橋；由于彎扭耦合作用，在梁端可能出現(xiàn)翹曲；當(dāng)梁端橫橋向約束較弱時(shí)，梁體有向彎道外側(cè)“爬移”的趨勢(shì)。

3.2 內(nèi)梁和外梁受力不均

在曲線梁橋中，由于存在較大的扭矩，因而通常會(huì)使外梁超載、內(nèi)梁卸載，尤其在寬橋情況下內(nèi)、外梁的差異更大。由于內(nèi)、外梁的支點(diǎn)反力有時(shí)相差很大，當(dāng)活載偏置時(shí)，內(nèi)梁甚至可能產(chǎn)生負(fù)反力，這時(shí)如果支座不能承受拉力，就會(huì)出現(xiàn)梁體與支座的脫離，即“支座脫空”現(xiàn)象。

3.3 墩臺(tái)受力復(fù)雜

由于內(nèi)外側(cè)支座反力相差較大，使各墩柱所受垂直力出現(xiàn)較大差異。彎橋下部結(jié)構(gòu)墩頂水平力，除了與直橋一樣有制動(dòng)力、溫度變化引起的內(nèi)力、地震力等外，還存在離心力和預(yù)應(yīng)力張拉產(chǎn)生的徑向力。

故在曲線梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行全面的整體的空間受力計(jì)算分析，只采用橫向分布等簡(jiǎn)化計(jì)算方法，不能滿足設(shè)計(jì)要求。必須對(duì)其在承受縱向彎曲、扭轉(zhuǎn)和翹曲作用下，結(jié)合自重、預(yù)應(yīng)力和汽車活載等荷載進(jìn)行詳細(xì)的受力分析，充分考慮其結(jié)構(gòu)的空間受力特點(diǎn)才能得到安全可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

4 彎梁橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

直梁橋受“彎、剪”作用，而彎梁橋處于“彎、剪、扭”的復(fù)合受力狀態(tài)，故上、下部結(jié)構(gòu)必須構(gòu)成有利于抵抗“彎、剪、扭”的措施。

4.1 彎梁橋的彎扭剛度比對(duì)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和變形狀態(tài)有著直接的關(guān)系：彎扭剛度比越大，由曲率因素而導(dǎo)致的扭轉(zhuǎn)彎形越大，因此，對(duì)于彎梁橋而言在滿足豎向變形的前提下，應(yīng)盡可能減小抗彎剛度、增大抗扭剛度。所以在曲線梁橋中，宜選用低高度梁和抗扭慣矩較大的箱形截面。

4.2 在彎梁橋截面設(shè)計(jì)時(shí)，要在橋跨范圍內(nèi)設(shè)置一些橫隔板，以加強(qiáng)橫橋向剛度并保持全橋穩(wěn)定性。在截面發(fā)生較大變化的位置，要設(shè)漸變段過渡，減小應(yīng)力集中效應(yīng)。

4.3 在進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮扭矩效應(yīng)，彎梁應(yīng)在腹板側(cè)面布置較多受力鋼筋，其截面上下緣鋼筋也比同等跨徑的直橋多，且應(yīng)配置較多的抗扭箍筋。

4.4 城市立交橋中的彎箱梁橋中墩多布置成獨(dú)柱支承構(gòu)造。在獨(dú)柱式點(diǎn)鉸支承彎連續(xù)梁中，上部結(jié)構(gòu)在外荷載作用下產(chǎn)生的扭矩不能通過中間支承傳至基礎(chǔ)，而只能通過曲梁兩端抗扭支承來傳遞，從而易造成曲梁產(chǎn)生過大扭矩。為減小彎梁橋梁體受扭對(duì)上、下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響，可采用以下方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力平衡的調(diào)整：

4.4.1 為減小此項(xiàng)扭矩的影響，比較有效的辦法是通過調(diào)整獨(dú)柱支承偏心值來改善主梁受力。

4.4.2 通過預(yù)應(yīng)力筋的徑向偏心距來消除曲梁內(nèi)某些截面過大的扭矩，改善主梁的受力狀態(tài)也是一種行之有效的辦法。預(yù)應(yīng)力曲線梁往往產(chǎn)生向外偏轉(zhuǎn)的情況，這是由其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)造成的。預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的扭矩分布和自重、恒載作用下的扭矩分布規(guī)律有著較大的區(qū)別，為調(diào)整扭矩分布，可在曲線梁軸線兩側(cè)采用不同的預(yù)應(yīng)力鋼束及錨下控制應(yīng)力，構(gòu)成預(yù)應(yīng)力束應(yīng)力的偏心，形成內(nèi)扭矩來調(diào)整曲線梁扭矩分布。

4.5 下部支承方式的確定。曲線梁橋的不同支承方式，對(duì)其上、下部結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響非常大。對(duì)于彎梁橋，中間支承一般分為兩種類型：抗扭型支承（多支點(diǎn)或墩梁固結(jié)）和單支點(diǎn)鉸支承。在曲線梁橋選擇支承方式時(shí)，可遵循以下原則：

4.5.1 對(duì)于較寬的橋（橋?qū)払＞12m）和曲線半徑較大（一般R＞100m）的曲線梁橋，由于主梁扭轉(zhuǎn)作用較小，橋體寬要求主梁增加橫向穩(wěn)定性，故在中墩宜采用具有抗扭較強(qiáng)的多柱或多支座的支承方式，亦可采用墩柱與梁固結(jié)的支承形式。

4.5.2 對(duì)于較窄的橋（橋?qū)払≤12m）和曲線半徑較?。ㄒ话慵sR≤100m）的曲線梁橋，由于主梁扭轉(zhuǎn)作用的增加，尤其在預(yù)應(yīng)力鋼束徑向力的作用下，主梁橫向扭矩和扭轉(zhuǎn)變形很大。由于橋窄因此宜采用獨(dú)柱墩，但在選用支承結(jié)構(gòu)形式時(shí)應(yīng)視墩柱高度不同而確定。較高的中墩可采用墩柱與梁固結(jié)的結(jié)構(gòu)支承形式。較低的中墩可采用具有較弱抗扭能力的單點(diǎn)支承的方式。這樣可有效降低墩柱的彎短和減小主梁的橫向扭轉(zhuǎn)變形。但這兩種交承方式都需對(duì)橫向支座偏心進(jìn)行調(diào)整。

4.5.3 墩柱截面的合理選用。當(dāng)采用墩柱與梁固結(jié)的支承形式時(shí)就必須注意墩柱的彎矩變化。在主梁的扭轉(zhuǎn)變形過大同時(shí)墩柱彎矩也很大（一般墩柱較矮）的情況下，宜采用矩形截面墩柱。因?yàn)榫匦谓孛嫜刂髁嚎v向抗彎剛度較小，而沿主梁橫向抗彎剛度較大，這樣既減小了墩柱的配筋又降低了主梁的橫向扭轉(zhuǎn)變形，更適合其受力特點(diǎn)。

4.6 彎梁橋設(shè)計(jì)中需要注意的其它問題：

4.6.1 所有中墩支座，盡可能橫橋向位移固定，可采用盆式或普通板式橡膠支座

4.6.2 當(dāng)橋長(zhǎng)較大（如大于100m）,梁端支座應(yīng)能順橋向自由滑動(dòng)、橫橋向位移固定，可采用盆式橡膠支座，或附加了橫橋向位移固定裝置的四氟板橡膠支座；此外，梁端間隙和伸縮縫構(gòu)造，應(yīng)保證在最大升溫條件下，梁能夠不受阻礙地自由伸縮變形；當(dāng)橋長(zhǎng)較小時(shí)，梁端支座可以采用普通板式橡膠支座。“梁端設(shè)普通板式橡膠支座、所有中墩設(shè)橫橋向自由滑動(dòng)的盆式支座”，對(duì)曲線梁橋是危險(xiǎn)的，應(yīng)絕對(duì)避免。

4.6.3 當(dāng)曲線梁橋比較寬、各墩也較寬時(shí)，應(yīng)注意溫度變化時(shí)由于曲線梁水平彎曲變形在墩頂產(chǎn)生的橫橋向水平作用力可能會(huì)比較大，尤其是當(dāng)所有中墩支座均為橫橋向位移固定時(shí)。

5 結(jié)語(yǔ)

彎梁橋由于其結(jié)構(gòu)受力的特殊性，較同等跨徑的直梁橋要復(fù)雜得多，因此在進(jìn)行彎橋設(shè)計(jì)和計(jì)算時(shí)應(yīng)引起足夠的重視。本文僅是筆者參加彎梁橋設(shè)計(jì)中的幾點(diǎn)體會(huì)，不當(dāng)之處，請(qǐng)同行多多指正。

[1]邵容光.混凝土彎梁橋[M].北京：人民交通出版社，1996.

[2]孫廣華.曲線梁橋計(jì)算[M].北京：人民交通出版社，1997.

[3]何維利.獨(dú)柱支承的曲線梁橋設(shè)計(jì)[C].中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)橋梁及結(jié)構(gòu)工程學(xué)會(huì)和十四屆年會(huì)論文集.