小半径曲线桥梁设计问题的分析

・８８・　北　方　交　通　２０１２　小半径曲线桥梁设计问题的分析　郑兴富　（辽宁仁合工程招标代理有限公司，沈阳１１０００６）　摘要：对于小半径曲线桥存在的支座脱空和箱梁抗扭问题，提出了切实可行的处理方法。　关键词：小半径曲线桥；支座脱空；箱梁抗扭　中图分类号：Ｕ４４２．５　３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７３—６０５２（２０１２）０５—００８８—０３　随着我国公路事业的发展，越来越多的高速公　路在全国建成，由于高速公路是封闭式交通，在与其　他道路连接时会采用互通式立交形式。在互通式立　交中小半径曲线桥梁也越来越多的遇到，也就是弯　坡斜桥梁。曲线梁由于增加了恒载偏载、活载偏载、　箱梁采用单箱单室截面、等高度腹板，跨中设置了一　道中横隔梁。本桥平面处于一个Ｒ＝４００ｍ的右偏　圆曲线开始，中问一个Ｒ＝１２５ｍ的左偏圆曲线和一　个Ｒ＝４００ｍ的右偏圆曲线终止，其终点以及圆曲线　之问采用缓和曲线连接。　离心力、温度效应的平面影响等多种复杂荷载工况，　其受力非常复杂，近ｌ０多年来，国内广东、福建、浙　江等地多次出现支座脱空、桥墩开裂、箱梁梁体横向　上部结构预应力混凝土箱梁左右腹板为等高　度。桥面横坡由箱梁整体旋转一定角度形成。桥墩　支点处设置横隔梁，边跨支点设置端横隔梁，各跨跨　中处设置中横隔梁。由于本桥第二联～第三联是位　于Ｒ＝１２５ｍ的平曲线内，这２联内的中墩墩顶支座　爬移等病害，甚至出现过桥梁垮塌的严重事故。因　此在设计过程中重视小半径曲线梁桥受力特点，有　针对性地采取措施尤为重要。本文将针对小半径曲　线桥支座的脱空和箱梁抗扭计算问题做一些简单论　述。　设置了向曲线外侧１８ｃｍ的预置偏心，在各联梁边　端均设置两个盆式支座，而各中墩支点设置两个固　定支座。预应力混凝土等截面连续梁采用“桥梁博　士”（Ｖ２．９）程序进行内力分析和配束，采用曲梁网　格法划分单元，纵向模拟两道纵梁，施工采用满堂支　架现浇，支座沉降按５ｍｍ计，温度模式按顶板升降　温５℃考虑，设计时按其最不利情况进行组合。　在工程竣工后，发现位于平曲线半径为１２５ｍ　桥梁中的支座是联系上部结构与下部结构的重　要构件，它是梁体与桥墩台支承处设置的传力装置。　支座不仅仅要传递很高的荷载作用，还要保证桥梁　结构一定的位移。实际工程中，小半径曲线桥支座　脱空的现象在工程中常有发现。支座脱空后，其本　身应该承担的上部结构荷载，转移到相邻的支座，使　相邻的支座局部承压增加而破坏。同时，主梁在反　复荷载作用下，会产生振动，影响桥梁的使用性能，　降低主梁的稳定性。同时对于曲线桥还应注意的是　篇梁抗扭问题，高速公路互通式立交桥中的弯箱梁　挢　｝ｌｌ墩多布置成独柱支承构造。在独柱式点铰支承　曲线连续梁中，．Ｊ二部结构在外荷载作用下产生的扭　内的第二联～第三联的双支座墩出现支座脱空的现　象。脱空的支座位于梁端曲线的内侧，脱空的高度　范围为０．５～１．２ｃｍ，同时有少量径向位移。如图１　所示　矩不能通过中问支承传至基础，而只能通过曲梁两　端抗扭支承来传递，从而易造成曲梁产生过大扭矩。　本文就工程实际情况，提出一些切实可行的处理方　法，以供大家参考和借鉴。　１　支座脱空工程实际事例及处理方法　某互通式立交工程的桥孔布置为４×（４×３０）　＝４８０ｍ，共计１６孔，等截面预应力混凝土连续梁。　第５期　郑兴富：小半径曲线桥梁设计问题的分析　・８９・　根据此情况，再次进行验算，利用“桥梁博士”　顶升，撤换支座的方案。对于桥台（过渡墩）处，直　接将端横隔梁两端植入钢筋，两端横向加长，首先在　内侧新布设ＧＪＺ３００Ｘ３５０型橡胶支座，利用千斤顶　在外侧将梁顶升（顶升力３００ｔ），拆除原桥支座，再　在图２中所示外侧位置新设置ＧＪＺ５００Ｘ６００型橡胶　程序（Ｖ３．０），采用曲梁网格法划分单元，纵向模拟　两道纵梁。计算时温度模式按箱梁上、下缘升降温　５￣Ｃ考虑，支座沉降按５ｍｍ计。通过计算，正常使用　状态荷载组合Ⅱ的情况下，过渡墩支承反力为拉力。　根据计算结果，采取了在桥台或过渡墩处将梁　支座。　８５０．０　ｌ％　（ａ）立面１：６０　（ｂ）侧面１：６０　路线前进方向ｆ　原外侧盆式支座原内侧盆式支座　厂７］箱粱端线　（Ｃ）平面１：６０　图２　本方案只是在桥台处增加了上部结构箱梁横截　数量。　面，在保证了使用功能的同时，对于本桥的美观影响　也不是很大。采用这种措施后，桥梁效果良好，至今　。Ｉ　～１　＿＿１　（３）宜避免设置抗拉支座，可考虑采用桥台（或　过渡墩）支座横向间距加大的措施。　没有发现任何问题。　（４）弯桥设计一般采用现浇钢筋混凝土连续箱　通过对上述工程实例的分析计算，设计者应该　梁，这涉及到桥梁纵向一联总长度的选取问题。为　认识到对于小半径曲线桥，必须进行空间计算，分析　了避免支座脱空问题，一联的长度宜短不宜长，最长　桥梁横向之间的反力。为防止支座脱空，设计时应　８０ｍ为宜。　注意以下问题：　（５）对于除了端支点外其它均为单支点形式的　（１）横向两支座不再以桥梁的实际中心线为对　小半径曲线预应力连续梁桥，应采取有效的构造措　称中心，根据空间计算结果设置横向偏心距，但问题　施避免内侧端支座脱空。可采取的措施有调整预应　是偏心距往往不能彻底解决支座脱空的实际，尤其　力束布置形式、设置拉力支座、增大端支座的问距、　是桥梁一联的长度过长，匝道桥梁平面线位变化复　合理设置单支点的预偏心、单支点处设置必要的限　杂（例如反向平曲线，并且存在缓和曲线）时，极容　位装置等。　易出现问题，必须认真对待。　２　曲线桥箱梁抗扭问题　（２）由于桥梁孔径布置限制，不可避免存在跨　直梁桥受“弯、剪”作用，而曲线梁桥处于“弯、　径较大的小半径曲线连续梁桥，必须采用预应力结　剪、扭”的复合受力状态，故上、下部结构必须构成　构时，应尽量保证各桥墩均采用双支点，当必须采用　有利于抵抗“弯、剪、扭”的措施。曲线梁桥的弯扭　单支点形式时，应尽量减少一联连续梁中单支点的　刚度比对结构的受力状态和变形状态有着直接的关　・９０・　北　方　交　通　２０ｌ２　系：弯扭刚度比越大，由曲率因素而导致的扭转变形　越大，因此，对于曲线梁桥而言在满足竖向变形的前　提下，应尽可能减小抗弯刚度、增大抗扭刚度。所以　梁横向扭矩和扭转变形很大。由于桥窄因此宜采用　独柱墩，但在选用支承结构形式时应视墩柱高度不　同而确定。较高的中墩可采用墩柱与梁固结的结构　支承形式。较低的中墩可采用具有较弱抗扭能力的　在曲线桥梁中，宜选用低高度梁和抗扭惯矩较大的　箱形截面。　为减小曲线梁桥梁体受扭对上、下部结构产生　的不利影响，可采用以下方法进行结构受力平衡的　调整：　单点支承的方式。这样可有效降低墩柱的弯矩和减　小主梁的横向扭转变形。但这两种支承方式都需对　横向支座偏心进行调整。　（３）墩柱截面的合理选用。当采用墩柱与梁固　结的支承形式时就必须注意墩柱的弯矩变化。在主　梁的扭转变形过大同时墩柱弯矩也很大（一般墩柱　较矮）的情况下，宜采用矩形截面墩柱。因为矩形　（１）为减小此项扭矩的影响，比较有效的办法　是通过调整独柱支承偏心值来改善主梁受力。　（２）通过预应力筋的径向偏心距来消除曲梁内　某些截面过大的扭矩，改善主梁的受力状态也是一　截面沿主梁纵向抗弯刚度较小，而沿主梁横向抗弯　刚度较大，这样既减小了墩柱的配筋又降低了主梁　的横向扭转变形，更适合其受力特点。　解决曲线梁弯扭耦合所带来的抗扭问题，除了　考虑抗扭约束外，还可以从如下方面人手：一是通过　偏心支承，利用主梁自身恒载调整主梁扭距分布；二　是通过预应力，合理布置调整主梁扭距分布。实际　种行之有效的办法。预应力曲线梁往往产生向外偏　转的情况，这是由其结构特点造成的。预应力产生　的扭矩分布和自重、恒载作用下的扭矩分布规律有　着较大的区别，为调整扭矩分布，可在曲线梁轴线两　侧采用不同的预应力钢束及锚下控制应力，构成预　应力束应力的偏心，形成内扭矩来调整曲线梁扭矩　分布。　下部支承方式的确定。曲线梁桥的不同支承方　设计中多用双柱墩提供抗扭支承，而用独柱墩通过　预设支座偏心调整主梁扭距分布。　３　结束语　式，对其上、下部结构内力影响非常大。对于曲线梁　桥，中间支承一般分为两种类型：抗扭型支承（多支　点或墩梁固结）和单支点铰支承。在曲线梁桥选择　支承方式时，可遵循以下原则：　导致曲线梁出现病害的设计原因很多，包括预　应力设置不当、未设置横向限位、温度效应考虑不周　等，主要是设计人员对曲线梁的受力特点重视不够，　很多桥梁没有按三维受力情况进行结构分析。通过　本文的这些论述，希望能给设计者带来一些解决曲　线桥常见问题的方法。　参考文献　［１］王伯惠．立交工程【Ｍ］．北京：人民交通出版社．　［２］范立础．桥梁工程［Ｍ］．北京：人民交通出版社．　ｆ３］邵荣光．结构设计原理『Ｍ］．北京：人民交通　：版社．　（１）对于较宽的桥（桥宽ｂ＞１２ｍ）和曲线半径　较大（一般ｒ＞１００ｍ）的曲线梁桥，由于主梁扭转作　用较小，桥体宽要求主梁增加横向稳定性，故在中墩　宜采用具有抗扭较强的多柱或多支座的支承方式，　亦可采用墩柱与梁固结的支承形式。　（２）对于较窄的桥（桥宽ｂ≤１２ｍ）和曲线半径　较小（一般约ｒ≤１００ｍ）的曲线梁桥，由于主梁扭转　作用的增加，尤其在预应力钢束径向力的作用下，主　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　Ｓｍａｌｌ　Ｒａｄｉｕｓ　Ｃｕｒｖｅｄ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｆｅａｓｉｂｌｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ａｒｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｓｕｐｐｏ￣ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｂｏｘ　ｇｉｒｄｅｒ　ｔｏｒｓｉｏｎ　ｒｅ—　ｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｓｍａｌｌ　ｒａｄｉｕｓ　ｃｕｒｖｅｄ　ｂｒｉｄｇｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　Ｓｍａｌｌ　ｒａｄｉｕｓ　ｃｕｒｖｅｄ　ｂｒｉｄｇｅ；Ｓｕｐｐｏ￣ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ；Ｂｏｘ　ｇｉｒｄｅｒ　ｔｏｒｓｉｏｎ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ