探析曲线箱梁设计方法

摘要：针对城市高架桥和立交桥设计中经常采用的曲线箱梁桥进行分析,笔者结合曲线箱梁的特点，从多个方面探讨了渠梁的设计方法，并介绍了曲梁的构造措施，可供相关设计人员参考。

关键词：曲线箱梁、结构设计、构造措施

1 曲线箱梁结构的受力特点

我们知道，直桥中，荷载不偏心的话，梁是不会产生扭转的。但是，在曲线桥中，即使是对称荷载，同样会产生扭转，一般情况下回出现“外梁超载、内梁卸载”现象，尤其是当曲率半径较小，而桥面又比较宽的情况下，这种现象会更加明显。这样一来，梁的截面设计就显得非常复杂了，造成设计不合理，即断面尺寸和配筋不合理。此外，曲线桥梁还会出现内、外梁的支点反力相差很大的现象，当有活载属于偏心时，内梁有可能会有负反力的产生。

2 曲线箱梁的结构设计分析

2.1 箱梁曲率半径的影响

曲线桥梁中主梁的弯曲程度对桥梁的影响是非常大的。我们知道曲率半径不能等同于弯曲程度，因为曲率半径一定的情况下，梁跨径越大弯曲程度也会越大，因此，要分析主梁的弯曲程度就必须考虑跨长同曲率半径两者的比值，即我们常说的主梁圆心角。简支曲线梁的挠度影响线公式为:

η= R3×(C10+ k×C11)/(E×I)

式中，C11是与扭转相关的系数；k为弯扭刚度比。且C11在圆心角ψ≤30º时,C11=0，故当ψ≤30º时可以忽略扭转对挠度的影响；当ψ≤50º时,也可以足够精确的用跨径为L= Rψ的直线梁来计算。

另外，我们从挠度影响公式来分析, 挠度与弯扭刚度比是成正比的，所以，曲线桥梁必须在保证抗弯刚度EI的情况下，尽可能的增大截面的抗扭刚度，只有这样才能有效防止扭转变形的发生。

2.2 支承方式的设计

（1）在曲线梁桥中，梁端的桥台或者墩顶可以采用两点、多点的支承方式, 这样有助于提高曲梁的横向抗扭能力，提高稳定性。

（2）在曲线梁桥中，中墩的支承方式是很多的，可以采用支承方式主要有：1)双柱形式的中墩, 或者采用矩形墩同时采取双点支承方式。2)设立独立柱中墩, 墩顶设置成铰支座, 铰支座同时装有偏心设置。3)独立柱墩顶与梁采用固结方式，这样一来桥墩的柔性能承担一部分的曲梁扭矩, 对曲梁的扭转起到一定约束作用。

依据过往曲线梁桥的设计经验，在曲线梁桥选择支承方式时:

（1）当桥面比较宽且曲线半径比较大的情况下，因为主梁受到弯扭耦合作用是比较小的, 因而不适宜设置多跨的中间独立柱墩的点铰支承，而应该采用具备抗扭能力强的多支座来支承，也可以采用墩柱与梁相互固结的支承方式。

（2）当桥面比较窄且曲线半径比较小的情况下，比较适宜采用独立柱墩，支承结构方式的选择还要看墩柱的高度来确定。对于较高的墩可采用墩柱与梁固结的结构支承形式。对于较低的墩可采用具有较弱抗扭能力的单点支承的方式。

（3）受扭转梁的跨度不要太长, 也就是抗扭梁支承之间总的跨长不要太长, 如果在中间墩设置铰支承, 偏心活载作用下所产生的扭矩就会被传递到相邻孔, 因而中孔累计的扭矩都会转移到抗扭支承上，这种不均匀的受力分配对于桥梁工程是非常不利的。

2.3 水平温度力特点以及减小水平力的措施

当温度变化时，混凝土的收缩会使曲梁桥产生水平方向的位移，而这类位移是弧线的, 它仅仅与曲率的半径有关，与圆心角无关。温度是升高，混凝土的收缩都会使曲线梁桥在平面内产生内力, 除了水平弯矩和轴向力，还会产生径向水平剪力。

1) 温度发生变化后曲线梁桥通常会产生水平方向的内力。研究表明，当桥面较宽、半径较小，同时在支座的作用下，能较好对水平位移进行约束。2) 温度变化，但是梁的支座处位移却很小。因此，在支座设计时，可以把它的横向位移固定，只容许一点点横向位移的发生，这样就能有效减小支座和梁所受的温度力。3) 在曲线梁桥中各支座处的径向约束力沿梁轴的切线方向会产生分力，也就是说，即便顺着桥向设置了很多的自由滑动式支座，梁内部仍然会存在很大的轴向力。4)曲线梁桥中尽量不要在同一个墩台上面设置几个自动支座，否则墩台会产生较大的水平转动力矩，甚至还可能造成支座发生剪坏破坏。

3 曲线箱梁的结构构造特点

一般情况下曲线箱梁是要加预应力的，而加了预应力后，梁体外侧的扭转变形会更加明显，因此在预应力曲线箱梁设计时，当箱梁截面的抗扭刚度不够时, 可以采用加大箱梁宽度的办法，这样就能有效增加箱梁的抗扭能力。曲线梁桥中横梁对于抵抗扭转，保持桥梁稳定的一个非常重要构件，因而它的刚度比直线桥要大很多。通常情况下，箱梁的端部都会设置横隔板，如果曲梁的内半径较小，还应该在跨中设置横隔板, 用以避免畸变应力的产生。曲线梁桥的温度位移因为曲梁的缘故，不是直线变化的，因此，两端的伸缩缝既要保证纵向伸缩有要保证横向伸缩，且伸缩量要比相同跨径直桥要大。

4 结束语

曲线梁桥与直线梁桥比较起来，主要在于其容易产生扭转，这样就存在了弯曲扭转的耦合，而这种耦合也使得曲线桥梁的设计复杂起来，因此，设计人员必须在综合考虑各影响因素的情况下，结合工程实际情况，按照规范精心设计，才能确保曲线桥梁的安全可靠。