曲线梁桥设计总结，妥妥的都是经验！

在城市立交桥的设计过程中, 桥梁的结构布局应尽可能地服从平面线形, 因此各种分叉布局的曲线梁桥不可避免地经常出现。在结构设计中应充分考虑曲线梁桥的力学特性。通过对曲梁要素的评判,合理地进行结构简化, 采用合适的理论进行分析。 预应力混凝土低高度曲线箱梁具有很好的抗扭刚度 ,在桥型方案选择过程中应予以考虑。尽可能地避免采用多梁式的开口截面。

一般认为: 对于宽桥和曲率半径较大(B > 12 m , R > 70 m ) 的曲线梁桥, 由于荷载及预应力对主梁的扭转作用小, 以及宽大主梁横向稳定性的要求, 宜在中墩处采用具有抗扭较强的多柱或多支座支承方式。 对于窄桥和曲率半径较小(B < 12 m , R < 70 m ) 的曲线梁桥, 如匝道桥, 由于荷载及预应力对主梁的扭转作用大, 一般在中支座处适宜采取单点支承 , 通过放松的扭转约束, 达到减少箱梁扭转内力的目的。

通过中支点预偏心的办法, 虽不能消除连续曲线梁桥外扭矩的作用, 但可以改变外扭矩沿梁跨的重新分布, 取得合理的设计。 在设置预偏心时, 如果只注重调整主梁扭矩而忽略主梁的扭转变形这一重要因素是不全面的。确定偏心距的具体方法可以为: 调整支座预偏心值, 计算曲线梁在自重及预应力作用下的扭转角,使支点和跨中截面的扭转角接近相等(一般方向相反) , 同时控制各截面的扭矩, 保证支座不产生脱空,这样可将主梁调整到最佳平衡位置。

由于主梁的几何形状和预应力束的几何线形是多样且不规则的, 所以曲线梁桥在预应力荷载下的内力也是非常复杂的。

曲线梁桥的预应力束, 不仅有沿梁高度的竖向弯曲, 还有随梁体平弯的平面弯曲。 平面弯曲产生的径向力的作用点总是沿梁高度方向在变化, 当作用点位于主梁截面剪切中心以上或以下时, 该径向力就会对主梁截面产生扭转作用, 位于截面剪切中心以上的钢束径向力产生的扭矩方向与位于截面剪切中心以下的钢束径向力产生的扭矩方向是相反的,两者的扭矩之和构成了预应力束对曲线梁的整体扭转作用。

由于预应力束首先要满足竖向抗弯要求进行设计, 支座处预应力集中在上缘, 其水平径向力使梁的上缘发生向内的偏转; 跨中截面预应力主要分布在下缘, 其水平径向力使梁的上缘发生向外的偏转。从连续梁的设计包络图可看出, 正弯矩区段长度远大于负弯矩区段长度, 所以相应预应力束重心位于梁底部的长度远大于位于梁顶部的长度, 因而, 预应力产生的总弯矩, 一般总是使梁的顶面向外侧翻转。在预应力混凝土曲线梁桥设计中, 预应力和自重, 一般都是加剧梁的向外扭转变形 , 认识这一规律, 对于概念设计是很有好处的。

曲线桥箱梁的构造设计要点

特点：

（1）大多数采用箱形截面；

（2）结构体系较多采用连续曲线梁体系；

（3）跨径一般在50~60米左右；

（4）曲率半径最小为30~40米；

（5）曲线梁桥结构建筑高度一般较小；

（6）桥宽一般为2~4个车道

箱梁构造: 曲梁的横隔板应强于直梁的横隔板,以减少畸变内力; 当截面抗扭刚度不够时, 可加大箱体宽度缩小悬臂宽度, 以增加主梁的抗扭能力。

钢筋构造: 曲线箱梁桥顶、底板的纵向受力虽是外侧大、内侧小, 但考虑到构造上的方便, 纵向钢筋的横向间距一般仍均匀布置, 为此, 需对按平面杆系程序计算所得钢筋总面积进行适当的放大, 以策安全; 上、下层横向钢筋以及腹板箍筋应有足够的焊接或搭接长度, 以形成强劲的抗扭构造; 为 防止预应力束径向压力过大对梁体造成破坏, 须在腹板内设置足够数量的防崩钢筋; 处于较厚腹板旁的薄底板, 因为承受较大的温度及收缩徐变应力, 往往会造成底板横向开裂, 因此宜对底板规定最小配筋率 , 对此尚需进一步的研究。

预应力构造: 由于曲梁中的预应力线形一般比较复杂, 为减少摩阻损失可选用塑料波纹管; 要考虑施工过程中管道定位的不准确而造成的附加应力损失, 设计时必须考虑有一定的安全储备; 也可在跨中增加短束, 补偿预应力损失 。

伸缩缝构造: 曲线梁桥的伸缩缝要求同时能够保证沿纵向和横向的位移, 收缩量要比同等长度的直桥要大。

曲线箱梁的施工要点

曲线梁桥由于空间放样要求高、难度大且受力复杂, 施工中需倍加小心, 切实保证质量。考虑自重及预应力的作用, 在曲线梁桥施工中, 可在内外侧设置不一样的预拱度; 对分段施工的主梁, 由于其在形成整体以前还不具备抗扭能力, 所以应在曲线梁的分段处和支点处使用具有抗扭能力的支架; 对全联整体浇注的曲梁, 箱体外侧支架宜加强, 在张拉预应力束前, 可放松箱梁翼板下的支承, 防止悬臂翼板开裂 。

设计探讨

曲线箱梁的常用计算方法有曲线梁法(空间梁单元法)、梁格法、有限单元法(板壳元、三维实体元)等, 这些方法只有通过计算机程序实现数值分析, 才能应用于工程实际。此外, 还要注意各种方法的适应性。

用空间梁单元模拟箱梁全截面有其局限性, 首先宽箱梁不满足计算图示的假定, 其次该方法不能反映各腹板的受力差异, 也得不到横梁内力。因此,当箱梁较宽时, 一般不采用空间梁元法。 梁格法要求等效梁格与曲线箱梁间应有恰当的等代关系, 由于梁格法具有概念清晰、易于理解的特点, 并且其内力计算结果可以直接用于按规范检算截面, 因而得到普遍欢迎。有限单元分析能较好地反映箱梁结构的整体刚度和变形协调性, 计算精度较高, 但计算单元往往很多, 预应力处理起来复杂, 一般用于复杂桥梁的设计复核。

梁格分析法是用一个等效梁格来代替桥梁的上部结构。所谓等效梁格即假定把上部结构中每一区域内的抗弯和抗扭刚度集中到最邻近的梁格内, 纵向刚度集中到纵向构件内, 横向刚度集中到横向构件内。当桥梁上部结构和等效梁格承受相同的荷载时,它们的挠曲变形相等, 且任一梁格内的弯矩、剪力和扭矩等于它们所代表的那一部分上部结构的内力。梁格法能够把握箱梁桥的总体性能, 且具有足够的精度。

有限元方法是目前最通用有效的工程计算方法之一, 能处理任意形状的复杂结构和各种类型的荷载形式。预应力混凝土曲线箱梁桥通常可看作由多片薄板(壳) 组成的薄壁空间结构, 因此可以采用薄板(壳) 单元的有限元法来进行弯梁桥的结构计算。有限元法的精度主要取决于单元模型(形状及位移模式等) 和划分网格线的精细, 而单元模型的选择更为关键。在分析弯梁桥这种空间结构时, 为了避免采用大量单元去克服建模中的困难(空间作用引起的应力或不规则的影响等) , 故往往愿意采用四边形单元。国内外的大量计算实例表明: 采用每节点6 个自由度的四边形单元(共24 个自由度) 能够适应绝大多数弯桥的结构分析。

由于弯梁桥腹板的曲率半径往往比单元尺寸大得多, 因此采用平板单元来代替具有一定曲率的腹板, 一般均能满足设计要求。但考虑到采用小变形的线弹性理论假定, 则平板单元的薄膜和受弯性能是互不耦联的, 而空间壳单元是互相耦合的, 这样就可使计算工作大为简化。

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