曲线预应力连续梁桥设计

摘要：本文通过分析曲线梁桥的受力特点，对曲线梁结构设计进行深入的分析，同时详细阐述了曲线预应力连续梁桥设计实践中涉及到的支承和支座设计、预应力钢束布置等技术问题，最后指出曲线预应力连续梁桥设计中需要注意的一些其他问题。

关键字：曲线连续梁桥；支座；预应力钢束；支承

Abstract: this article analyses the stress of the curved girder Bridges characteristics of the curve beam structure design in-depth analysis, and expounds the prestressed concrete continuous girder bridge curve design practice related to supporting and bearing design, prestressing tendons and arrangement of the technical problems, and finally points out that the curve of continuous girder bridge for prestressed need to be paid attention in the design of some of the other problems.

Key word: curved continuous girder bridge; Support; Prestressed steel beam; supporting

中图分类号：U448.21+5文献标识码： A 文章编号：

引言

目前曲线梁桥在城市交通立交和现代化的公路中的数量日益增多，得到越来越广泛的应用。曲线梁桥能够很好的适应桥址地形的变化以及城市立体交叉工程复杂而特殊的需要，依靠其明快、流畅的曲线结构线条在节约建设资源同时带给人们以美的享受。然而由于曲线连续梁桥结构与荷载上的复杂性，工程中对曲线连续桥梁的分析与设计还存在许多不足之处，在施工和运营中就会出现许多的问题，如墩柱盖梁开裂、曲线梁内侧支座脱空、曲线梁体向曲线外侧滑移和翻转等。因此曲线梁桥的设计引起人们越来越多的重视，准确的把握曲线连续梁桥的变形特性和受力对其安全运营和进一步发展都具有举足轻重的意义。

曲线梁桥结构受力特点

曲线梁桥结构受力具有以下特点：

（1）内外梁受力不均。对于曲线梁桥而言，在旋转力矩的作用下，外梁内力比内梁大，所以内外梁应力受力产生的差别就构成了不经济截面。同时，在该旋转力矩作用下，内外支座反力也会产生较大的差异，内梁甚至可能会产生负反力，在这种情况下，如果支座不能承受拉力，就会出现“支座脱空”现象，即梁体与支座的脱离的现象。

（2）梁体的弯扭耦合作用。在外荷载的作用下，曲线梁桥会同时产生弯矩和扭矩，两种力矩相互影响，会使梁截面处于弯扭耦合作用的状态，从而使其截面主梁应力与相应的直梁桥比大得多，形成曲线梁桥独有的受力特点。在强大的扭转作用下，曲线梁桥会发生扭转变形，与同跨径的直桥相比，曲线梁桥的曲线内侧的竖向挠度要大很多。在弯扭耦合的作用下，梁端就可能发生翘曲现象；如果梁端横桥向约束比较弱，梁体就会产生向弯道外侧“爬移”的趋势。

（3）墩台受力复杂。各墩柱所受垂直力因支座反力不同而会有较大的差异。曲线梁桥下部结构墩顶水平力，不仅包含与直桥类似的制动力、地震力和内力，还存在预应力张力产生的径向力和离心力。因此在设计曲线梁桥结构的过程中，需要进行整体而全面的空间受力计算分析。

曲线梁桥的结构设计

曲线箱梁桥最主要的应用是匝道桥。匝道桥的桥面宽度一般都比较窄，通常在6到12米之间。实现道路转向是匝道最主要的功能，然而在应用于城市立交时通常会受到占地面积的制约，因此匝道桥一般都采用设置比较大超高值的小半径曲线梁桥结构。同时，匝道桥通常还会设置较大的纵坡，使得匝道除了跨越非机动车道，有时候甚至还要跨越主干道或者是匝道，这样就大大增加了匝道桥的长度。所以，匝道桥就会处于弯、扭、剪等多种复合受力的状态，在设计曲线梁桥的时候就必须综合考虑上下部结构，从而使曲线梁桥能够抵抗各种复合受力。结构设计还需考虑以下因素：

（1）弯梁桥的弯扭刚度比是结构变形和受力状态的直接相关因素，由曲率所导致的扭转弯随着弯扭刚度比的增大而增大，所以，在满足竖向变形的条件下，弯梁桥应该尽量增大抗拒刚度、适当的减小抗弯刚度。对于曲线梁桥，则应当选用抗扭惯矩较大和底高度梁的箱型界面。

（2）在设计曲线梁桥截面时，为了增加横桥向刚度同时保持整座桥的稳定性，可以在桥跨范围内设置若干的横隔板。在界面会发生比较大的变化的地方，可以设置渐变段过渡，从而减小应力的集中效应。

（3）在进行配筋的设计时，应当充分的考虑扭矩效应，弯梁在腹板的侧面应该设置比较多的受力钢筋，同时还需设置较多的抗扭箍筋，相比于同等跨径的直桥，其截面上下缘钢筋也要多很多。

支承和支座设计

曲线梁桥采用不同支承方式会对其上部和下部的结构内力分布产生很大的影响。在支承设计时，一般将两点或多点支承的支座设置于曲线梁桥两端的墩台处，采取该支承方式不仅提高了桥梁的稳定性，同时改善了主梁的横向抗扭性能。中间支承可以采用单点铰支承和抗扭型支承(墩梁固结或者多支点)两种方式。单点铰支承方式一般适用于半径比较小的窄桥。而抗扭型支承方式能够有效的增加桥梁横向的稳定性，适用于半径较大的宽桥。

在满足承载力的前提下，梁端横向支座设置一般不能多于两个，否则可能会造成支座脱空。所有中墩支座可以采用普通板式或盆式橡胶支座，用横桥向位移固定的方式。当桥长较长（如超过100米），可以使用盆式橡胶支座，或者使用四氟板橡胶支座并附加上横桥向位移固定装置，梁端支座必须能够横桥向位移固定同时顺桥向上可以自由滑动；此外，对于梁端间隙和伸缩缝的构造设计，应能够保证在最大升温的条件下，曲线梁可以不受阻碍的进行自由伸缩和变形。当桥长较小时，可以采用普通板式橡胶支座作为梁端支座。应当绝对避免在梁端设置普通板式橡胶支座而在所有的中墩设置可以横桥向自由滑动的盆式支座，这对于曲线梁桥来说是非常危险的。还需注意的是，当桥梁位于坡道上的时候，固定支座应当设置于较低的一端，从而使梁体因竖向荷载在沿坡度方向上的分力的作用而受压，因此能抵消掉一部分竖向荷载所产生的梁下缘拉力；当桥梁处于平坡上时，则应当将固定支座设置于主要行车方向的前端。

预应力钢束的布置

对于跨径较大的曲线连续梁桥来说，采用预应力混凝土的结构方式是比较有利的。该方式不仅可以对弯梁桥中截面弯矩、扭矩以及剪力有很好的抵御作用，而且也可以增大连续梁桥的跨越能力，在减小结构尺寸的同时提高结构刚度。配置纵向预应力钢束的时候，应当尽量使预应力压力线和曲梁轴线保持一致，预应力钢束水平作用力的作用点连续同梁中性轴一致。曲线梁桥其靠曲线外侧的主梁的弯矩往往会比曲线内侧的主梁大，然而，在曲线梁的平面弯曲效应的作用下，外侧主梁所用的钢束数却不一定比内侧的主梁需要的钢束数多。

曲线梁桥中设计中需要注意的其他问题

（1）当曲线梁桥和各墩都比较宽的情况下，应当注意在温度变化的时候，曲线梁水平方向的弯曲变形可能会在墩顶产生比较大的横桥向水平作用力，这种情况在所有中墩支座都是横桥向位移固定的情况下尤为明显。

（2）由于曲线梁箱桥始终会处在弯扭耦合的作用，受力情况会非常复杂，分析时需要特别注意。恒载以及预应力钢束都会使曲线梁桥产生扭矩。曲线梁桥的曲率半径与扭矩关系密切，一般曲率半径越小，则每一联就会越长，扭矩也会越大。

（3）为了防止支座滑移，一般都需要在跨中设置一个固定支座。同时可以采用调整曲线梁桥的支座型式的方式来调整其扭矩分布。

（4）与相应的直桥相比，曲线梁桥的横隔板的设置要有所加强，以用来减小畸变应力。对于桥宽比较窄的曲线梁桥，为了提高主梁的抗扭性能，应当在增加箱体宽度的同时缩小悬臂的宽度。与通常的直线桥相比，曲线梁桥的顶板和底板以及腹板中横、纵向受力钢筋、水平分布钢筋、箍筋都需要考虑整座桥构造以及计算上的要求，同时要适当的进行加强。要在上下层横向的钢筋和腹板钢筋设置足够的焊接长度，以便于产生强劲的抗扭构造。

（5）可以采用以下措施来防止预应力钢束发生侧崩的现象：在构造上应当预留充足的净距，同时采用专门的防崩裂钢筋；在验算冲切强度时，考虑到施工时因预留管道不圆顺所造成的不良影响，需要考虑设置一定的安全储备。

结语

曲线梁桥因其结构受力等所具有的特殊性，在设计时要比与同等跨径的直梁桥相比复杂很多，同时由于每个工程各自情况的不同，在设计时还有很多的难题需要进一步去研究和解决，因此在进行曲线梁桥设计和计算的时候要特别的注意。在曲线梁桥具体的设计过程中，应当对曲线梁桥做全面而准确的结构受力分析，这样才能够有效的保证曲线梁桥的质量。

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