小半徑曲線梁橋設(shè)計(jì)要點(diǎn)

校飛燕，邢 亮，張河錦

（余姚市交通設(shè)計(jì)院，浙江余姚315400）

1 工程概況

為適應(yīng)鐵路部門“全封閉、全立交”的要求,拆除原平交道口并在原道口位置西側(cè)新建一座上跨立交橋，由于受平面線形的限制，上跨主橋采用25m+36m+36m+25m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)彎箱梁。

2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

（1）設(shè)計(jì)荷載：公路-Ⅱ級(jí)；

（2）溫度荷載：結(jié)構(gòu)體系溫差±22℃，溫度梯度參照10 cm瀝青鋪裝參數(shù)；

（3）橋面凈寬：8.0m；

（4）設(shè)計(jì)車速：40 km/h。

3 設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1 箱梁構(gòu)造

橋梁上部結(jié)構(gòu)為四跨一聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)曲線箱梁，位于在圓曲線和緩和曲線上，曲線半徑最小為80m。分跨布置為：25m+36m+36m+25m=122m。主梁為單箱單室箱梁，梁高在第一跨由1.4m漸變?yōu)?.0 m，在第三跨又由2.0 m漸變?yōu)?.4m；梁高為跨徑的1/17。頂板寬8.0m，底板寬4.0 m，箱梁翼板懸臂2.0 m，腹板厚50 cm，頂.底板厚20 cm。支點(diǎn)處設(shè)橫隔梁，中橫隔梁寬2.0 m,端橫隔梁寬1.0m。箱梁跨中橫斷面見圖1。

3.2 預(yù)應(yīng)力布置

箱梁采用單向預(yù)應(yīng)力體系?？v向預(yù)應(yīng)力筋采用高強(qiáng)度低松弛鋼絞線(12-7ф5及7-7ф5)，鋼束均為一端張拉。箱梁跨中預(yù)應(yīng)力鋼束布置見圖1。

3.3 支座布置

由于本橋曲線半徑較小，結(jié)構(gòu)在荷載作用下，彎扭偶合作用明顯，結(jié)構(gòu)扭矩較大。為減小扭矩，在各墩均設(shè)置雙支座。支座布置示意見圖2。

3.4 防崩鋼筋設(shè)置

小半徑曲線梁橋的縱向預(yù)應(yīng)力鋼束沿箱梁腹板平面曲線線型變化而布置成水平曲線，預(yù)應(yīng)力鋼束對(duì)混凝土產(chǎn)生較大的徑向力，它除對(duì)相鄰兩預(yù)應(yīng)力束之間的混凝土產(chǎn)生局部承壓作用外，還對(duì)預(yù)力束與箱梁內(nèi)弧側(cè)之間的混凝土產(chǎn)生崩彈作用，故這種徑向力對(duì)箱梁腹板的受力是很不利的。為了解決這個(gè)問題，在鋼束布置時(shí)，相鄰兩預(yù)應(yīng)力鋼束之間留有14 cm的混凝土厚度，箱梁腹板留有18 cm的混凝土厚度保護(hù)層來抵抗這種側(cè)向崩彈力，同時(shí)在腹板內(nèi)設(shè)置防崩鋼筋。防崩鋼筋示意見圖3。

4 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）小半徑曲線梁橋的構(gòu)造形式與直線梁橋有不少相似之處，但由于它是曲線梁橋，其結(jié)構(gòu)受力的特點(diǎn)不同，在構(gòu)造處理上也相應(yīng)有其較多特點(diǎn)。

（2）由于曲線梁橋比直線梁橋的受力復(fù)雜，對(duì)結(jié)構(gòu)的抗彎、抗扭性能要求高于同跨徑的直線梁橋，故采用整體性好、抗扭剛度大就地澆注的連續(xù)箱形梁橋比較好。

（3）彎橋異以直線橋梁受力的主要因素為：圓心角（反映主梁的彎曲程度）、橋梁寬度與曲率半徑之比、彎扭剛度比、扇形慣性矩EIω。設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于以上因素綜合分析，以確保計(jì)算的精度。

（4）小半徑曲線梁橋的梁高大于跨徑的1/18時(shí)，是比較經(jīng)濟(jì)的。在特殊情況下也不應(yīng)小于跨徑的1/22。

（5）由于混凝土的收縮、徐變涉及的因素較多，每個(gè)工程中混凝土的材料、級(jí)配不盡相同，要很精確的計(jì)算出混凝土收縮、徐變對(duì)小半徑曲線梁橋的作用較難。故在設(shè)計(jì)小半徑曲線梁橋，最好采用普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土曲線梁橋，縱向預(yù)應(yīng)力筋采用高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，但鋼束一般不大于12-7ф5，壓應(yīng)力應(yīng)小于12 MPa，拉應(yīng)力小于1 MPa，為預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件即可。

（6）與一般的直線橋相比，曲線箱梁橋頂板、底板和腹板中的縱向受力鋼筋、橫向鋼筋、箍筋、水平分布鋼筋都要考慮到全橋計(jì)算和構(gòu)造上的需要，并適當(dāng)加強(qiáng)。

（7）在預(yù)應(yīng)力混凝土曲線梁橋中設(shè)置防崩鋼筋。

（8）在支承形式上，小半徑曲線梁橋通常三種布置形式：a.全部采用抗扭支承。b.兩端設(shè)置抗扭支承，中間設(shè)單支點(diǎn)鉸支承。c.兩端設(shè)置抗扭支承，中間既有單支點(diǎn)鉸支承，又有抗扭支承的混合式支承，下部墩柱當(dāng)與之相匹配。

對(duì)于多跨小半徑曲線連續(xù)梁橋，全部為抗扭支承與中間為點(diǎn)鉸支承的，兩者在荷載作用下的彎矩和剪力值差別甚小，而且曲率的變化對(duì)彎矩值的影響也只有1%～2%；，但對(duì)扭矩的影響，則隨曲率的增大而加大。當(dāng)各跨圓心角大于30°時(shí)，中間設(shè)單支點(diǎn)鉸支承的扭矩控制值比全部為抗扭支承的扭矩控制值要大15%左右。在中間設(shè)獨(dú)柱式單支點(diǎn)曲線連續(xù)梁內(nèi)，上部結(jié)構(gòu)的扭矩不能通過中間單支點(diǎn)支承傳至基礎(chǔ)，而只能由曲線橋兩端設(shè)置的抗扭支承來傳遞。在此情況下連續(xù)梁的全長(zhǎng)成為受扭跨度，這也是我們常常所說的扭矩的傳遞作用。必然造成曲線橋兩端抗扭支承處產(chǎn)生過大的扭矩，造成曲線梁端部?jī)?nèi)側(cè)支座脫空，所以在必要時(shí)，須對(duì)多跨橋梁中間墩設(shè)置兩支點(diǎn)的抗扭支承。

如果在中間墩點(diǎn)支承向曲線外側(cè)方向預(yù)設(shè)一定偏心值，就可以調(diào)整曲線梁橋的梁體恒載扭矩分布，有效地降低兩端抗扭支承的恒載扭矩值。但這一措施對(duì)減少活載扭矩的影響較小，這是由于活載引起的扭矩中車輛偏載占了很大一部分。

（9）必要時(shí)可在墩頂設(shè)置限位擋塊或采用墩梁固接的辦法來限制曲線梁橋的梁體徑向位移。

5 結(jié)語

（1）小半徑曲線梁橋的設(shè)計(jì)計(jì)算比較復(fù)雜，其溫度效應(yīng)、預(yù)應(yīng)力效應(yīng)、活載的影響面加載都不同于直線橋梁的計(jì)算。但通過高精度的有限元分析計(jì)算，可以較為準(zhǔn)確地掌握其結(jié)構(gòu)的受力行為。針對(duì)其不同于直線梁的受力特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中采用相應(yīng)的有效措施，是可以設(shè)計(jì)出較為可靠且經(jīng)濟(jì)適用的曲線橋梁的。

（2）小半徑曲線梁橋?qū)嶋H設(shè)計(jì)中多用雙柱墩提供抗扭支承,而用獨(dú)柱墩通過預(yù)設(shè)支座偏心調(diào)整主梁扭距分布。這種經(jīng)濟(jì)、合理的措施在城市高架橋,特別是曲線匝道的設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用。但獨(dú)柱墩在偏載作用下常常容易產(chǎn)生支座脫空及梁體傾斜等安全隱患，所以設(shè)計(jì)者應(yīng)對(duì)此類結(jié)構(gòu)橋梁進(jìn)行偏載條件下進(jìn)行空間有限元分析,以確保結(jié)構(gòu)安全，并在此基礎(chǔ)上采取必要的結(jié)構(gòu)措施。