曲智超　黨強(qiáng)　陳子濤

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，在公路和市政工程中，由于地形限制，為了減小建設(shè)用地和征地拆遷，小半徑曲線橋梁，尤其是小半徑曲線連續(xù)箱梁橋修建越來(lái)越多。由于連續(xù)箱梁的受力和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在小半徑曲線橋梁中得到了廣泛的應(yīng)用。文章主要對(duì)小半徑曲線連續(xù)箱梁橋設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：小半徑；曲線；連續(xù)箱梁橋；設(shè)計(jì)

引言

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展城市交通建設(shè)需要大量的高架橋、立交橋但受城市地形條件及交通功能需求的限制大部分采用曲線橋梁。其中連續(xù)鋼箱梁由于具備跨越能力大、可焊性好、容易更換、省工期以及施工技術(shù)相對(duì)比較成熟等突出優(yōu)勢(shì)，經(jīng)常被用于城市高架橋的匝道橋設(shè)計(jì)之中，其作為適用的主要結(jié)構(gòu)形式，在我國(guó)很多城市橋梁建設(shè)中都獲得了廣泛的應(yīng)用。

1小半徑曲線連續(xù)箱梁橋設(shè)計(jì)

1.1小半徑曲線連續(xù)曲線鋼箱梁的特征

和一般的橋梁形式相比，連續(xù)曲線鋼箱梁橋具有一系列獨(dú)特的特征，比如，針對(duì)連續(xù)曲線鋼箱梁的跨徑來(lái)說(shuō)，在30-60 m時(shí)，一般選用等高度的箱梁斷面就能夠滿足立交橋的總體布置要求。連續(xù)鋼箱梁有以下一些明顯的特點(diǎn)：（1）鋼結(jié)構(gòu)的自重質(zhì)量較輕，其質(zhì)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于混凝土連續(xù)結(jié)構(gòu)。（2）鋼材具有較高的抗拉壓性能，容易通過(guò)調(diào)整鋼板的厚度來(lái)滿足彎矩分布的不規(guī)則。（3）梁的高度小和跨度大能夠較好地適應(yīng)總體布置的要求。（4）鋼箱梁采用工廠加工制作，臨時(shí)墩支撐，分段吊車安裝就位，施工方便快捷，對(duì)現(xiàn)況道路交通影響小。（5）鋼箱梁加工復(fù)雜，技術(shù)要求高，需要專業(yè)的加工隊(duì)伍，造價(jià)和后期維護(hù)費(fèi)用較高。

1.2小半徑曲線梁橋受力特點(diǎn)

小半徑曲線橋在汽車荷載、自重和溫度荷載等多方因素作用下，會(huì)出現(xiàn)彎矩、扭矩，且相互影響，導(dǎo)致上部主梁橫截面處出現(xiàn)扭矩和彎矩共同作用的情況，其主拉應(yīng)力要比跨徑直梁橋大很多。在扭矩和彎矩相互影響、共同作用，與同跨徑直線橋相比，小半徑曲線橋出現(xiàn)變形的情況較為嚴(yán)重，出現(xiàn)弧線外邊緣撓度比內(nèi)邊緣的要大。由于汽車偏載的影響，對(duì)比直線橋與曲線橋的支點(diǎn)反力，弧線外側(cè)的支點(diǎn)要比內(nèi)側(cè)的更大。半徑過(guò)小易出現(xiàn)負(fù)反力，致使運(yùn)營(yíng)期支座與梁體脫空。將影響結(jié)構(gòu)非線性溫差的因素及混凝土的徐變、收縮等充分考慮進(jìn)去。故而小半徑曲線橋在進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型時(shí)可以采用一般的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，這樣可以避免縱向預(yù)應(yīng)力出現(xiàn)徑向力的情況發(fā)生。

1.3小半徑曲線梁橋設(shè)計(jì)特點(diǎn)

小半徑曲線梁橋受力特性與直線橋梁對(duì)比較為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)的抗扭、抗彎承載力更高，故結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，優(yōu)先選用抗扭剛度強(qiáng)、整體性能好的現(xiàn)澆箱梁，并且在合理設(shè)置中橫隔板。下部結(jié)構(gòu)不僅承受汽車制動(dòng)力J=部恒載力、地震力、沖擊力、非線性溫度的內(nèi)力等，還要承受在車輛離心力所產(chǎn)生的橫向剪力。墩梁固結(jié)方式能夠?qū)⑸喜颗ぞ貍鬟f至下部結(jié)構(gòu)，在采取這一措施前，應(yīng)先驗(yàn)算下部結(jié)構(gòu)，保證墩頂與梁底固結(jié)面積足夠。

和相同跨徑直線橋?qū)Ρ?，小半徑曲線箱梁不僅度承受縱向的彎矩，還需承載較大的橫向彎矩和扭矩。故在實(shí)際設(shè)計(jì)中，應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)縱向抗裂鋼筋、橫向分布鋼筋及縱向受力鋼筋。以墩梁固結(jié)措施為基礎(chǔ)，對(duì)墩支點(diǎn)向曲線外側(cè)進(jìn)行橫向偏心的設(shè)置，這樣能重新分配曲線梁橋恒載扭矩，把上部結(jié)構(gòu)中的荷載轉(zhuǎn)移至下部結(jié)掏，讓恒截扭矩值得有效降低，避免負(fù)反力的情況出現(xiàn)。

當(dāng)各跨圓心角>35℃后，設(shè)置在梁底中心的支點(diǎn)扭矩要比設(shè)置偏心的情況大14%左右。此時(shí)，在中間設(shè)置獨(dú)柱式單支點(diǎn)，上部結(jié)構(gòu)中所存在的扭矩，不能通過(guò)中間單支點(diǎn)進(jìn)行傳遞，只能通過(guò)曲線橋兩端中所設(shè)置出的抗扭支撐進(jìn)行傳遞，因此，小半徑曲線橋梁應(yīng)當(dāng)設(shè)置支座時(shí)，應(yīng)盡量避免設(shè)計(jì)單支座。

1.4小半徑曲線梁橋支承布置方式

曲線梁橋的支承布置，既要承受傳遞上部恒載和活載引起的豎向力和水平力，同時(shí)必須能夠承受由自重和活載偏載等因素所產(chǎn)生的組合扭矩作用。抗扭支承常由多個(gè)（n≥2）橫橋向支座組成或者采用墩梁固結(jié)。在支承形式上，小半徑曲線梁橋通常采用3種布置形式：

（1）全部采用抗扭支承。增大了抗扭約束，有效減少了上部梁體扭轉(zhuǎn)畸變；對(duì)于端部支座支反力比較均勻，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的抗傾覆性。缺點(diǎn)為下部結(jié)構(gòu)顯得擁擠，特別是對(duì)于橋下空間比較緊張的城市立交橋，給下部構(gòu)造從美觀、空間利用及工程經(jīng)濟(jì)方面帶來(lái)不利。

（2）兩端設(shè)置抗扭支承，中間設(shè)單支點(diǎn)鉸支承（通常所說(shuō)的獨(dú)柱單支座）。獨(dú)柱式柔墩有利于墩頂位移，在溫度變形、混凝土收縮、徐變和預(yù)加力變形時(shí)，對(duì)于彎梁橋來(lái)說(shuō)，其縱向變形主要地可由拱軸線的撓曲變形來(lái)實(shí)現(xiàn)，故將中墩布置成獨(dú)柱式柔墩是合理的。同時(shí)節(jié)省了橋下空間，從美觀上也收到良好的效果，但目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)出現(xiàn)了好多起曲線梁橋發(fā)生傾覆的事故，造成了人員的傷亡和財(cái)產(chǎn)的損失。獨(dú)柱墩橋梁的破壞主要有以下兩種情況。有一弊端就是對(duì)上部結(jié)構(gòu)抗扭約束較小，在偏載及預(yù)應(yīng)力的作用下，產(chǎn)生的扭矩不能通過(guò)中間支承傳至基礎(chǔ)，而只能通過(guò)曲梁兩端抗扭支承來(lái)傳遞，從而易造成曲梁端部產(chǎn)生過(guò)大扭矩，導(dǎo)致端部支座的受力嚴(yán)重不均，甚至?xí)霈F(xiàn)支座脫空現(xiàn)象，從而導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)梁發(fā)生傾覆。獨(dú)柱墩受到較大水平推力而發(fā)生彎壓破壞，從而導(dǎo)致整橋的垮塌。

（3）兩端設(shè)置抗扭支承，中間既有單支點(diǎn)鉸支承，又有抗扭支承的混合式支承。

2工程案例分析

2.1工程概況

某橋梁總長(zhǎng)度約為220m，橋梁寬度約為9m，其環(huán)島處曲線半徑為17m，橋梁上構(gòu)為鋼筋砼現(xiàn)澆箱梁，下構(gòu)為柱式墩、埋置式臺(tái)。箱梁橫斷面采用單箱雙室，梁高1.4m，箱梁頂寬8.3m，懸臂長(zhǎng)1m，箱梁底寬6.3m，頂板厚度為0.2m，底板厚度是0.2-0.4m，腹板的厚度為0.4-0.6m。

2.1各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算

相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)荷載：城-B級(jí)；溫度荷載：各結(jié)構(gòu)體系溫度相差在25eC左右，梯度溫度應(yīng)結(jié)合具體規(guī)范瀝青鋪裝指標(biāo)進(jìn)行有效加載，其橋面寬度為8.3m。利用Midas/Civil軟件，深入分析和研究各個(gè)結(jié)構(gòu)所建立的模型，特別是第三聯(lián)環(huán)小島，只有17.5m的最小半徑，若采用常規(guī)直線橋梁的設(shè)計(jì)方法，無(wú)法滿足抗扭承載力的實(shí)際需求，應(yīng)采取一定構(gòu)造措施，并通過(guò)試算實(shí)時(shí)調(diào)整構(gòu)造尺寸。2.2選取結(jié)構(gòu)類型為了確保橋梁抗扭和抗彎承載能力能滿足具體實(shí)施規(guī)范的要求，建立全橋三維模型計(jì)算，并結(jié)合計(jì)算所得結(jié)果完成調(diào)整構(gòu)造的工作。

2.2優(yōu)化設(shè)計(jì)

以原單箱單室設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，調(diào)整其橫斷面為單箱雙室，對(duì)梁高進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，從原來(lái)的1.2m調(diào)整為1.4m，這樣能讓上部結(jié)構(gòu)具有更強(qiáng)的抗扭能力。對(duì)沿河兩岸設(shè)立的連個(gè)獨(dú)柱墩進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，完成其橫向偏心設(shè)置，該設(shè)置結(jié)構(gòu)以墩梁固結(jié)結(jié)構(gòu)為主，并驗(yàn)算墩柱的抗彎承載能力。原設(shè)計(jì)中的本聯(lián)只是圓弧段，通過(guò)計(jì)算結(jié)果得，兩端支座反力有較大的相差，更有負(fù)反力出現(xiàn)，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整時(shí)不能更好的滿足抗扭的要求。故需重新進(jìn)行全橋的分聯(lián)設(shè)計(jì)，分別在原圓弧段兩端加上一段直線段橋跨，并把上部和橋梁連接車庫(kù)的部分連為一體，讓其抗扭能力得到提高。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在設(shè)計(jì)小半徑曲線梁橋過(guò)程中，其計(jì)算過(guò)程較為復(fù)雜，預(yù)應(yīng)力效應(yīng)、溫度效應(yīng)和活載等因素都會(huì)影響著曲線橋梁計(jì)算結(jié)構(gòu)。但在有限元分析下，能夠很準(zhǔn)確、有效的掌握各個(gè)結(jié)構(gòu)體受力狀況，結(jié)合各個(gè)曲線梁受力狀況，并有目的、有計(jì)劃的制定出措施，這樣才能設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)又適用的曲線橋梁。