曲率半径对混凝土梁桥预应力技术应用的影响研究

的影响研究

摘要：目前，在预应力混凝土梁桥的设计中，曲线梁桥的应用越来越多。曲线梁桥与直线梁相比，在梁体结构上存在着很多优势，其结构自身具有更好的抗弯性能、更大的横向刚度和更好的抗扭性能。但在实际应用过程中，由于桥梁设计中采用了曲线半径不变的原则，所以桥梁在使用过程中，其曲率半径会受到一定的限制。虽然对桥梁进行了局部曲率半径优化处理，但依然会受到整体结构、支座布置、施工技术等多方面因素影响，所以在实际应用中需要合理确定曲线梁桥的曲率半径。本文对预应力混凝土梁结构进行了分析，在分析过程中以某钢筋混凝土简支箱梁桥为例，对其进行了理论计算分析，并对曲率半径对预应力混凝土梁桥预应力技术应用的影响进行了探究。

关键词：曲率半径；混凝土梁桥；预应力技术 一、工程概况

某钢筋混凝土简支箱梁桥设计中，上部结构采用了5跨30m的空心板，箱梁采用预应力混凝土结构。上部结构施工时，需对箱梁进行一定程度的预应力张拉。在设计时，针对该钢筋混凝土简支箱梁桥，在设计中需对其进行一定程度的曲率半径优化处理，并对其进行理论计算分析。对于该钢筋混凝土简支箱梁桥，曲率半径公式为：

其中，L：最大单孔跨径；B：桥面宽度。在计算过程中，对于横断面布置位置进行了分析，考虑到实际施工过程中该简支箱梁桥的受力情况较为复杂，所将其划分为4个区（见图1）。其中箱梁中部采用了0号块，箱梁顶板采用了1号块，箱梁底板采用了2号块和3号块，箱梁顶板厚度为15 cm，箱梁底板厚度为

10 cm。通过对预应力的施加对该钢筋混凝土简支箱梁桥进行分析后发现：该钢筋混凝土简支箱梁桥的顶、底板和腹板在不同区域内的应力值差别较大。

图1 桥型布置图

二、预应力混凝土梁桥结构分析

预应力混凝土梁桥的主要特点为：梁体自重较小，整体结构刚度较大，其施工工艺简单，且施工速度快。在实际应用中，由于桥梁自身结构自身的特点，所以在对其进行设计时，需要对其曲率半径进行合理控制，以保证其在实际应用过程中能够达到一定的安全可靠性要求。该工程为钢筋混凝土简支箱梁结构，具体跨径为20m，梁高为1.2m。从设计角度上看，该工程在实际应用过程中属于连续梁桥的一种，所以在对其进行设计时需要对其设计原则、受力特点以及施工技术等方面进行深入研究。在分析过程中将该工程作为研究对象，通过对桥梁结构的受力情况进行分析，能够更加全面地掌握该工程的受力特点以及设计原则。

三、曲率半径对混凝土梁桥预应力技术的影响 （一）曲率半径对竖向支反力的影响

通过计算可以发现，随着曲率半径的不断增大，竖向支反力会不断增大，这是由于在弯桥设计中，竖向支反力是一项重要的设计指标。但是，如果竖向支反力过大，将会导致预应力损失过大，从而影响桥梁整体结构的受力性能。而在实际应用中，需要合理确定曲率半径的大小，通过分析计算发现，在不考虑温度变化影响的情况下，曲率半径从90m增大到150m时，竖向支反力增加了3%。而在考虑温度变化影响的情况下，竖向支反力增加了6%。所以在设计过程中需要合理

确定曲率半径。另外，由于混凝土材料的抗拉强度远远大于抗弯强度，所以当预应力损失超过一定范围时，混凝土结构将会产生开裂现象。

（二）曲率半径对竖向弯矩的影响

在确定曲率半径时，需要根据不同的结构类型来进行确定，对于钢筋混凝土简支梁结构而言，其弯曲部分的竖向弯矩是在0°~90°之间变化，当预应力混凝土梁桥的弯曲部分达到90°时，其竖向弯矩则会逐渐增加到180°。在进行实际设计过程中，一般采用规范公式进行计算，其计算结果和曲线梁桥的弯曲部分竖向弯矩分布规律一致[1]。

通过对实际桥梁的计算结果分析可知，随着曲率半径的增加，桥梁弯曲部分竖向弯矩则会逐渐降低。在实际应用过程中，需要合理控制曲率半径和桥梁弯曲部分的竖向弯矩大小，确保其变化趋势基本一致。如果曲率半径小于一定值时，则会出现梁体开裂现象；而如果曲率半径大于一定值时，则会出现梁体断裂现象。

（三）曲率半径对横向弯矩的影响

在预应力混凝土简支梁横向弯矩中，对梁体结构的横向变形影响较大。因此，在实际应用中需要充分考虑曲率半径的影响，通过调整预应力钢束的数量和布置方式来提高桥梁结构的抗弯性能。通常情况下，将预应力钢束布置为“四边形”形式，从而使钢束在横向上得到最大限度的利用。在调整预应力钢束的位置时，可以从两个方面进行分析，即钢束布置的位置和数量。在调整预应力钢束位置时，需要将其与主梁内外侧连接起来，从而使钢筋混凝土结构保持平行状态。此外，还可以采用体外预应力技术，使预应力钢束布置为“T”型和“W”型。

此外，还可以采用多束并联方式对弯曲效应进行抵消，从而有效降低桥梁结构的弯矩。通常情况下，多束并联方式主要应用于箱梁结构中。在具体应用中需要将单束预应力钢束调为“T”型或者“W”型，从而使其与主梁内外侧连接起来

[2]。

（四）曲率半径对扭矩的影响

通过上述计算分析可知，曲线梁桥在不同曲率半径下，其主梁在各部位的扭矩分布规律不同。对于曲率桥梁桥来说，其在曲率半径为40m、60m和80m时，主梁的扭矩分布规律分别如图2所示。

图2预应力产生的扭矩

从图2中可以看出，在曲线梁桥的曲率半径为40m时，其主梁的扭矩值最小，即该段曲线梁的扭矩最小；而当曲线梁桥的曲率半径为50m时，其主梁扭矩值最大，即该段曲线梁的扭矩最大。在曲线梁桥预应力技术应用过程中，存在着许多影响因素，如混凝土收缩徐变、支座处支反力、施工质量等。为保证预应力技术应用的合理性和准确性，需要在设计阶段对预应力混凝土梁桥进行详细计算分析。对于曲线梁桥来说，其主梁受力特性与直梁有较大区别，所以在实际应用过程中需要根据其具体情况合理确定曲率半径。

（五）曲率半径对预应力摩擦损失的影响

在对预应力摩擦损失进行计算时，通常会采用曲线梁的纵坡作为其计算依据，而在实际工程应用中，通常采用的是直线梁的纵坡作为其计算依据。在对预应力摩擦损失进行计算时，通常采用的是摩擦系数的取值方法，而在实际工程应用中，通常会采用钢绞线的实际弹性模量与理论弹性模量相比较的方法来进行计算。

通过对以上两种方法进行对比（图3、图4），可以看出：随着曲率半径的不断增大，预应力摩擦损失也会逐渐增大。同时，在实际工程中，由于曲线梁与直线梁结构存在着一定差异性，所以在对预应力摩擦损失进行计算时，需要根据实际情况进行适当的调整。

图3 实际弹性模量

图4 理论弹性模量 结论

（1）在弯道梁桥中，由预应力引起的垂直支撑反力受曲率半径的影响较大，其作用随曲率半径增加而降低，在80米以上，其作用改变幅度不超过5%；

（2）在弯曲梁桥中，由预应力引起的垂直弯矩与曲率半径之间没有显著的相关性。

（3）曲率半径对梁桥的侧向弯矩的影响较大，且随着曲率半径的增加，这种作用越来越小。

（4）在120米以上，曲率半径对预加载力矩有明显的作用，这种作用的作用随着曲率半径的增大而减小。

参考文献：

[1]谷音,何建,阙云,柳林齐,蓝亦辉.曲率半径对小净距超大断面隧道地震响应的影响[J].福州大学学报(自然科学版),2023,51(03):402-408.

[2]王达荣.曲率半径对混凝土梁桥预应力技术应用的影响分析[J].福建交通科技,2021(08):41-44.