小半径曲线梁桥设计要点分析及其体会

随着国民经济和社会的发展，城市中需要大量兴建高架桥和立交桥，但由于城市交通功能的要求和地形条件的限制，多采用曲线桥梁和匝道桥。这些桥梁线型变化多端，结构受力比较复杂，特别是小半径曲线梁桥，除承受弯矩、剪力外，还有较大扭矩和翘曲双力矩的作用。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。因此小半径曲线梁桥的设计越来越引起人们的重视，当务之急是我国现行相关技术规范和设计计算理论有待进一步研究和完善。本文结合南方某市立交桥的设计，浅谈小半径曲线梁桥的设计体会。
总体设计
2.1 设计标准

1. 设计荷载：城-A级；

2. 温度荷载：结构体系温差±15度，箱梁顶板日照升温10度。

3. 桥面净宽：8.0m。

4. 设计车速：40km/h。

5. 抗震等级：按地震烈度-8度设防(桥址区域地震基本裂度为7度)。

2.2 设计要点

1. 桥梁上部结构为四跨一联预应力砼连续曲线箱梁，位于在圆曲线和缓和曲线上，曲线半径最小为60米。分跨布置为：30.0m+40.0m+32.0m+29.0m＝131m。主梁为单箱单室箱梁，梁高在第一跨由1.5m渐变为2.1m，在第三跨又由2.1m渐变为1.5m；梁高为跨径的1/19。顶板宽8.0m，底板宽4.0m，箱梁翼板悬臂2.0m，腹板厚50cm，顶.底板厚20cm。支点处设横隔梁，中横隔梁宽2.0m,端横隔梁宽1.0m。（箱梁跨中横断面见图一）
2. 箱梁采用单向预应力体系。纵向预应力筋采用高强度低松弛钢绞线(12-7ф5及7-7ф5)，钢束均为一端张拉。（箱梁跨中预应力钢束布置见图一）
3. 由于本桥曲线半径较小，结构在荷载作用下，弯扭偶合作用明显，结构扭矩较大。为减小扭矩，在各墩均设置双支座。（支座布置示意见图二）
4. 小半径曲线梁桥的纵向预应力钢束沿箱梁腹板平面曲线线型变化而布置成水平曲线，预应力钢束对混凝土产生较大的径向力，它除对相邻两预应力束之间的混凝土产生局部承压作用外，还对预力束与箱梁内弧侧之间的混凝土产生崩弹作用，故这种径向力对箱梁腹板的受力是很不利的。为了解决这个问题，在钢束布置时，相邻两预应力钢束之间留有14cm的混凝土厚度，箱梁腹板留有18cm的混凝土厚度保护层来抵抗这种侧向崩弹力，同时在腹板内设置防崩钢筋。（防崩钢筋示意见图三）

设计体会


小半径曲线梁桥的构造形式与直线梁桥有不少相似之处，但由于它是曲线梁桥，其结构受力的特点不同，在构造处理上也相应有其较多特点。
1、由于曲线梁桥比直线梁桥的受力复杂，对结构的抗弯、抗扭性能要求高于同跨径的直线梁桥，故采用整体性好、抗扭刚度大就地浇注的连续箱形梁桥比较好。
2、小半径曲线梁桥的梁高大于跨径的1/18时，是比较经济的。在特殊情况下也不应小于跨径的1/22。
3、由于混凝土的收缩、徐变涉及的因素较多，每个工程中混凝土的材料、级配不尽相同，要很精确的计算出混凝土收缩、徐变对小半径曲线梁桥的作用较难。故在设计小半径曲线梁桥，最好采用普通钢筋混凝土结构。对于预应力混凝土曲线梁桥，纵向预应力筋采用高强度低松弛钢绞线，但钢束一般不大于12-7ф5，压应力应小于12MPa，拉应力小于1MPa，为预应力A类构件即可。
4、与一般的直线桥相比，曲线箱梁桥顶板、底板和腹板中的纵向受力钢筋、横向钢筋、箍筋、水平分布钢筋都要考虑到全桥计算和构造上的需要，并适当加强。
5、在预应力混凝土曲线梁桥中设置防崩钢筋。
6、在支承形式上，小半径曲线梁桥通常三种布置形式：①全部采用抗扭支承。②两端设置抗扭支承，中间设单支点铰支承。③两端设置抗扭支承，中间既有单支点铰支承，又有抗扭支承的混合式支承，下部墩柱当与之相匹配。
对于多跨小半径曲线连续梁桥，全部为抗扭支承与中间为点铰支承的，两者在荷载作用下的弯矩和剪力值差别甚小，而且曲率的变化对弯矩值的影响也只有1％～2％；，但对扭矩的影响，则随曲率的增大而加大。当各跨圆心角大于30度时，中间设单支点铰支承的扭矩控制值比全部为抗扭支承的扭矩控制值要大15％左右。在中间设独柱式单支点曲线连续梁内，上部结构的扭矩不能通过中间单支点支承传至基础，而只能由曲线桥两端设置的抗扭支承来传递。在此情况下连续梁的全长成为受扭跨度，这也是我们常常所说的扭矩的传递作用。必然造成曲线桥两端抗扭支承处产生过大的扭矩，造成曲线梁端部内侧支座脱空，所以在必要时，须对多跨桥梁中间墩设置两支点的抗扭支承。
如果在中间墩点支承向曲线外侧方向预设一定偏心值，就可以调整曲线梁桥的梁体恒载扭矩分布，有效地降低两端抗扭支承的恒载扭矩值。但这一措施对减少活载扭矩的影响较小，这是由于活载引起的扭矩中车辆偏载占了很大一部分。
7、必要时可在墩顶设置限位挡块或采用墩梁固接的办法来限制曲线梁桥的梁体径向位移。
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