曲线梁桥设计思路[精选].doc

城市桥梁中小半径曲线梁桥设计分析 摘要：混凝土曲线梁桥始终处于弯扭耦合作用的状况下，扭矩过大时会使曲线箱梁桥产生内侧支座脱空、梁体外移、翻转、裂缝和崩脱等病害，严重影响曲线箱梁桥的正常运行。通过调节支座布置型式，可以使曲线梁中的扭矩分布合理，具有一定的现实意义。　　关键词：桥梁；箱梁；曲线梁桥；偏心支座　　1.概述　　目前曲线箱梁桥在现代化的公路及城市道路立交中的数量逐年增加，应用已非常普遍。尤其在互通式立交的匝道桥设计中应用更为广泛。因预应力混凝土曲线箱梁具有较大的抗扭刚度、较好的适应地形地物、线条平顺流畅等优点,在公路立交及城市高架桥的曲线桥上得到了广泛的应用。但曲线箱梁作为一种空间结构，在荷载、预应力、温度徐变中等产生的弯矩、扭矩、剪力、轴力及二次矩等作用下受力十分复杂，很难直接计算，若设计考虑不周，会发生支座脱空、移位、崩脱等事故，导致在工程施工结束后不久就需要进行加固维修，造成不良的社会影响。据有关报道，深圳市40座立交桥中，有19座立交桥存在大小不同的问题，产生问题的原因是多方面的，有的在连续梁曲线内侧端支座脱空；有的曲线梁体向曲线外侧径向整体侧移；有的墩梁固结处在立柱顶部（与梁底衔接处）产生水平环形裂缝等危及桥梁正常使用的现象。但总的来说属于在探索和设计过程中认识不足和尚未认识的失误。因此针对小半径曲线梁桥进行设计分析，对工程设计和施工都具有很大的意义。　　2.曲线梁桥结构受力特点　　2.1预应力混凝土曲线箱梁中的扭矩　　众所周知,曲线梁与直线梁的主要区别在于曲线梁具有如下特征：1)外缘弯曲应力大于内缘弯曲应力；2)外缘挠度大于内缘挠度，且随着曲率半径的减小，挠度差不断增大；3)无论采用何种支座布置方案,曲线梁内总存在扭矩；4)各主梁恒载内力不均匀，因此，曲线梁总是处于弯、扭耦合的受力状态下。　　对于非预应力曲线箱梁，恒载产生的扭矩主要由内外缘自重差异引起；对于预应力曲线箱梁，除了内外缘自重差异产生扭矩外，预应力钢束在空间方向的分布对于剪心(即扭转中心)会产生很大的力矩，且为主要扭矩。钢束在箱梁的腹板中有若干个上弯曲和下弯曲，同时在水平方向还有一个大弯曲。底板内的钢束主要为水平面内的弯曲。考虑到中腹板内钢束向上的竖直分力与剪心的力矩基本平衡，而向弯曲中心方向的分力对梁体有一个逆时针方向的扭矩，底板钢束产生逆时针方向的扭矩，腹板中钢束水平分力产生了顺时针方向的扭矩，因此在支座附近由钢束产生的扭矩要远小于跨中部分的扭矩。　　2.2梁体的弯扭耦合作用　　曲线梁桥在外荷载的作用下会同时产生弯矩和扭矩，并且互相影响，使梁截面处于弯扭耦合作用的状态，其截面主拉应力往往比相应的直梁桥大得多，这是曲线梁桥独有的受力特点。弯梁桥由于受到强大的扭矩作用，产生扭转变形，其曲线外侧的竖向挠度大于同跨径的直桥；由于弯扭耦合作用，在梁端可能出现翘曲；当梁端横桥向约束较弱时，梁体有向弯道外侧“爬移”的趋势。　　2.3内梁和外梁受力不均　　在曲线梁桥中，由于存在较大的扭矩，因而通常会使外梁超载、内梁卸载，尤其在宽桥情况下内、外梁的差异更大。由于内、外梁的支点反力有时相差很大，当活载偏置时，内梁甚至可能产生负反力，这时如果支座不能承受拉力，就会出现梁体与支座的脱离，即“支座脱空”现象。　　2.4墩台受力复杂　　由于内外侧支座反力相差较大，使各墩柱所受垂直力出现较大差异。弯桥下部结构墩顶水平力，除了与直桥一样有制动力、温度变化引起的内力、地震力等外，还存在离心力和预应力张拉产生的径向力。故在曲线梁桥结构设计中，应对其进行全面的整体的空间受力计算分析，只采用横向分布等简化计算方法，不能满足设计要求。必须对其在承受纵向弯曲、扭转和翘曲作用下，结合自重、预应力和汽车活载等荷载进行详细的受力分析，充分考虑其结构的空间受力特点才能得到安全可靠的结构设计。　　3.曲线梁桥的结构设计　　曲线箱梁桥设计较多的是匝道桥，其桥面宽度比较窄，一般在6～12m左右。由于匝道是用来实现道路的转向功能的，在城市中立交往往受到占地面积的限制，所以匝道桥多为小半径的曲线梁桥，而且设置较大超高值。另外，匝道桥往往设置较大纵坡，匝道不仅跨越下面的非机动车道，有时还需跨越主干道和匝道，这就增大了匝道桥的长度。因此曲线梁桥处于“弯、剪、扭”的复合受力状态，上、下部结构必须构成有利于抵抗“弯、剪、扭”的措施，这给桥梁的线型设计和构造处理带来很大困难。　　3.1弯梁桥的弯扭刚度比对结构的受力状态和变形状态有着直接的关系：弯扭刚度比越大，由曲率因素而导致的扭转弯形越大，因此，对于弯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。所以在曲线梁桥中，宜选用低高度梁和抗扭惯矩较大的箱形截面。小半径曲线梁桥的梁高大于跨径的1/18时,是比较经济的。在