淺談曲線橋直做的方法

摘 要：公路工程的實(shí)際設(shè)計(jì)中，存在很多橋梁由于路線平面線形的制約，而不得已處于平曲線內(nèi)。本文以此現(xiàn)象為中心，重點(diǎn)闡述了曲線橋直做的設(shè)計(jì)方法，總結(jié)了曲線橋平面布設(shè)方案，簡(jiǎn)單介紹了各種方法的特點(diǎn)和適用條件。

關(guān)鍵詞：橋梁；曲線；直做；平面布設(shè)

中圖分類號(hào)：U442 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-3362（2013）12-0186-01

1 概述

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的高等級(jí)公路和城市互通式立交的建設(shè)速度舉世矚目，其中很多橋梁因平面線形的限制而處于曲線段。曲線橋考慮了路線的線形和橋梁的美觀，但是卻加大了結(jié)構(gòu)計(jì)算的難度和整體協(xié)調(diào)方面的要求。為了保證橋梁滿足經(jīng)濟(jì)、美觀與適用的原則，通常對(duì)平曲線半徑較大的橋梁，進(jìn)行對(duì)平、縱、橫設(shè)計(jì)方面的處理，優(yōu)先采用曲線直作的方法。

2 設(shè)計(jì)思路和橋型的確定

在進(jìn)行曲線段內(nèi)橋梁的設(shè)計(jì)時(shí)，我們應(yīng)先優(yōu)先判斷該橋是否可以實(shí)現(xiàn)“曲橋直作”。曲橋直作的基本原則是保證橋軸線首尾跨板（梁）端點(diǎn)及橋軸線中點(diǎn)與路中心線間的最大偏差值相等。首先經(jīng)過(guò)室內(nèi)模擬計(jì)算和實(shí)際案例分析，發(fā)現(xiàn)平曲線半徑是影響曲橋直作的重要參數(shù)，當(dāng)曲橋與所設(shè)計(jì)的路線正交且平曲線半徑較大時(shí)，此時(shí)應(yīng)選用“曲橋直作”方案。其中，在加拿大安大略省的公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中采用如下公式：

L2

式中 L——橋梁中心線處梁長(zhǎng)；

b——橋架全幅的半寬；

R——平曲線半徑。

我們用上述公式來(lái)判斷已定的曲線橋是否可以進(jìn)行直作。結(jié)合近階段“曲橋直作”工程的設(shè)計(jì)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)空心板梁是簡(jiǎn)支曲線梁橋進(jìn)行曲橋直作的最優(yōu)結(jié)構(gòu)類型。同時(shí)，根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)的理論研究發(fā)現(xiàn)，若空心板梁的平曲線半徑R大于700m、跨徑小于20m，且梁長(zhǎng)最大增減值在（-36～+36cm）以內(nèi)時(shí)，可以在施工中調(diào)整鋼筋長(zhǎng)度以此來(lái)預(yù)制出不同長(zhǎng)度的梁板。

3 橋型布置的方法與計(jì)算分析

通常，我們首先考慮下部墩臺(tái)的布置形式，以此來(lái)對(duì)曲線橋的平面布置方法進(jìn)行分類，主要的布置方法有三種：平分中矢法、法線布置法、平行布置法。

3.1 平分中矢法

進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，橋梁中心線的兩端與道路中線之間有一段距離E，即偏距，又命名為作為弦線的橋梁中心線所對(duì)應(yīng)曲線的中矢。若取E等于梁長(zhǎng)處弦線中矢值的1/2，則此種布置方法命名為平分中矢法。

當(dāng)中小橋梁中心線處的跨徑內(nèi)的矢高E≤10cm時(shí)，可以應(yīng)用平分中矢法。我們采用直線橋梁的設(shè)計(jì)方法對(duì)曲線橋進(jìn)行設(shè)計(jì)，在進(jìn)行平面布置時(shí)應(yīng)用平分中矢法，將整個(gè)橋梁向外平行移動(dòng)E/2值，對(duì)空心板進(jìn)行等長(zhǎng)預(yù)制。

以江蘇省常州市長(zhǎng)虹西路一座橋?yàn)槔?，?jīng)過(guò)初步計(jì)算，可得E=1.2cm≤10cm，因此，我們采用平分中矢法對(duì)橋梁進(jìn)行布置。其中該橋梁上部是20m的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板結(jié)構(gòu)，下部橋臺(tái)采用重力式，圓曲線平面半徑R=4044m，右偏70°，橋面全寬為18m，E/2=0.6cm。

3.2 法線布置法

通常情況下，我們采用直線梁板橋架進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算的方法對(duì)曲線梁板橋和橋梁的上部梁進(jìn)行計(jì)算研究，眾所周知，每片梁的內(nèi)側(cè)和外側(cè)長(zhǎng)度是不盡相同的，因此為了方便計(jì)算，在室內(nèi)計(jì)算時(shí)用平均的梁長(zhǎng)當(dāng)作計(jì)算梁長(zhǎng)。每片梁板的計(jì)算梁長(zhǎng)計(jì)算公式為：

L=Lh（R±BJ）/R

式中 L——計(jì)算梁長(zhǎng)；

Lh——標(biāo)準(zhǔn)跨徑橋梁的梁長(zhǎng)；

R——設(shè)計(jì)橋梁中心線的曲率半徑；

BJ——其中任意梁板中心線距離路中心線的距離。

通過(guò)工程經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合上述公式可以發(fā)現(xiàn)，從內(nèi)測(cè)到外側(cè)梁的長(zhǎng)度是逐漸增加的。根據(jù)布置形式，我們可以解出每片梁的長(zhǎng)度，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析進(jìn)而求出內(nèi)力，再按照結(jié)果對(duì)梁板進(jìn)行配筋，可以通過(guò)調(diào)整鋼筋長(zhǎng)度等對(duì)梁板進(jìn)行預(yù)制。最后，進(jìn)行實(shí)地澆筑，滿足施工和設(shè)計(jì)的要求。

當(dāng)橋梁墩臺(tái)的結(jié)構(gòu)尺寸在整體上比較統(tǒng)一，即柱間距基本相同、幾何形狀比較簡(jiǎn)單、支座位置和帽梁尺寸相差不大時(shí)，我們通常采用法線布置法對(duì)橋梁進(jìn)行布置。以大窯灣港圓曲線內(nèi)中橋?yàn)槔摌蛏喜渴?×13m的鋼筋混凝土空心板結(jié)構(gòu)，曲線半徑R=2898m，橋面全寬是14m，與標(biāo)準(zhǔn)跨徑相應(yīng)的預(yù)制板板長(zhǎng)是1296cm。利用上述公式可以求得板長(zhǎng)在1298～1293cm間變化，外過(guò)板可不要求做成外邊緣加寬形式，橋面鋪裝時(shí)按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓滑處理。

3.3 平行布置法

從易于設(shè)計(jì)和便于施工考慮，在平行布置法中設(shè)置的各個(gè)墩臺(tái)的軸線相互間平行，且梁與空心板是等長(zhǎng)的。但是在一些極端狀況下，如橋梁半徑較小但橋梁較長(zhǎng)較寬、跨度較大時(shí)，平行布置法也會(huì)暴露出一系列問(wèn)題。眾所周知，直線橋的墩臺(tái)軸線和道路中心線的夾角是恒定不改變的，當(dāng)對(duì)曲線橋采用平行布置法時(shí)，這個(gè)夾角會(huì)隨之改變，并且橋的半徑越小、橋梁越長(zhǎng)越寬、跨度越大時(shí)，差值也就越大。我們都是從同一角度出發(fā)對(duì)墩臺(tái)蓋梁、空心板外形及尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)的，但如前所述，墩臺(tái)軸線和道路中心線的夾角是在改變著的，這樣就產(chǎn)生了一系列差值，通常情況下這種差值是很小的，因此我們對(duì)其忽略不計(jì)。同樣的存在一些特殊情況，如偏移導(dǎo)致蓋梁長(zhǎng)度不夠、上部結(jié)構(gòu)沒(méi)有足夠的空間放置、中心線發(fā)生偏移等，這些問(wèn)題會(huì)影響美觀功能甚至?xí)?dǎo)致施工困難，因此，這些特殊情況下我們必須要考慮差值的影響。這一問(wèn)題是今后在曲線橋平行布置設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的。

當(dāng)中小橋梁中心線處的跨徑內(nèi)的矢高E>10cm或橋梁長(zhǎng)度較短但曲線半徑較大時(shí)，采用平行布置法較為妥當(dāng)。以江蘇省常州市鏡湖路中橋?yàn)槔?，該橋上部?6m的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板結(jié)構(gòu)，下部墩臺(tái)分別采用樁柱式、重力式，圓曲線平面半徑R=1000m，右偏70°，橋面全寬32m。采用平行布設(shè)法對(duì)橋梁進(jìn)行布置，其中0#～3# 墩臺(tái)中心線與橋梁中心線的夾角分別是：68.623°、69.542°、70.458°、71.377°。

4 結(jié)語(yǔ)

曲橋直做的設(shè)計(jì)方法在整體上能夠簡(jiǎn)化橋梁各構(gòu)件的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)計(jì)算，降低了施工的操作難度，改善了施工工藝。該方法可以很好的應(yīng)用于高等級(jí)公路或城市道路曲線橋的設(shè)計(jì)中，保證橋梁滿足經(jīng)濟(jì)、美觀與適用的原則。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉小輝，郭良久，王榮.彎橋直做的若干問(wèn)題探討[J].公路交通技術(shù)，2009（03）：88-91.

[2] 張學(xué)棟，孫璽宇，石長(zhǎng)城.曲線橋直做的設(shè)計(jì)方法[J].科技資訊，2008.

[3] 李海軍.公路簡(jiǎn)支曲線橋梁的平面布設(shè)[J].城市道橋與防洪，2011（06）.