1、关于路桥设计之我见摘 要：曲线梁桥因其自身优点日益被采用，文通过梁桥设计过程中的一些实例，并分析了曲线梁桥分类及受力特点,提出了曲线梁桥设计应注意的问题，对曲线梁桥的支承设计提出了建议。 关键词：曲线梁桥；受力特点；平衡支承设计； 中图分类号：U445 文献标识码：A 目前曲线梁桥在城市道路和高速公路立交中应用已非常普遍。由于受地形、地物和占地面积的影响，匝道的设计往往受到多种因素限制。这就决定了匝道桥具有以下特点：桥窄，多为一或两车道，宽度612m。匝道设置往往还受到占地和衔接路的限制，多为小半径的曲线梁桥，平曲线最小半径可在 30m 左右，曲线匝道桥上多设置较大超高值。大型枢纽立交中匝道桥
2、往往跨越多条被交路，一般设置较大的纵横坡，长度及规模也在增大。 由于曲线梁桥桥窄，为增加净空、改善视野和桥型美观，其下部墩柱较多的采用了独柱支承方式。这种形式的曲线梁桥受力状态较为复杂，目前在全国范围内已出现多次因设计原因而在施工或使用过程中发生事故：其中有的主梁出现偏 转滑移，有的引起主梁或墩柱开裂，还有的支座已破损或脱空，从而造成巨大经济损失和较恶劣的社会影响。所以在设计过程中，必须充分了解曲线梁桥的结构受力特点，通过全桥的整体综合分析计算，实现对支承设计的合理优化。 1 曲线梁桥结构受力特点 相对于直线桥而言，曲线梁桥由于主梁的平面弯曲使得下部结构墩柱的支承点不在同一条直线上，因而具有其
3、独特的受力状态。 众所周知，由于荷载的对称性，直线桥在自重和预应力作用下，主梁一般不产生扭矩和扭转变形；但对于曲线桥，自重和预应力径向荷载所产生的扭矩和扭转变形往往不容忽视。汽车荷载偏心布置及其行驶时的离心力，也会造成曲线梁桥向外偏转并增加主梁扭矩和扭转变形。在小半径、较大跨径的曲线梁桥中，主梁组合最大扭矩值有时可达纵向最大弯矩值的 50以上。而大横坡、大纵坡进一步放大了这种扭转效应。 匝道桥由于桥窄，下部结构中间桥墩一般采用独柱支承方式，在两端部墩台设置双支承或多支承，以保证桥梁的整体稳定性。中间单支承抗扭能力弱，因此支承型式及位置对调整结构受力尤为重要。当主梁的扭转传递到梁端部时，会造成端
4、部各支座横向受力分布严重不均，甚至使支座出现负反力。若支座设计不当，可能导致支座或支座处混凝土发生破坏；或者升温、降温反复循环作用下使梁体向曲线外侧滑移。 2 支承方式对曲线梁桥内力的影响 曲线梁桥根据结构受力特点一般采用的支承方式有： （1）在曲线梁桥两端的墩台处应采用纵向能自由滑动、横向固定的两点或多点支承的支座。 （2）曲线梁桥的中墩支承经常采用的支承方式有：墩顶根据支反力大小采用盆式支座或普通板式橡胶支座，尽可能横桥向位移固定。如果梁较宽、墩身刚度较大，温度变化时曲线梁水平弯曲变形在墩顶产生的横桥向水平作用力会比较大，这时可采用普通板式橡胶支座。在采用独柱墩顶与梁固结的方式，墩柱承担一
5、部分主梁扭矩，对主梁的扭转变形有一定约束作用。采用双柱中墩或采用矩形墩设置双点支承，这种支承方式可提供较大的扭转约束，阻止主梁的扭转变形。 通过以往的曲线梁桥设计经验发现不同的支承方式主要影响主梁的扭矩值、扭转变形和扭矩沿梁纵向的分布规律以及墩柱的受力状态。下面举例说明不同支承方式对曲线梁桥的受力影响。 例 1：某曲线梁桥，桥梁跨径为 2823330124m，平面位于半径 R60m 的圆曲线内。桥宽 9.5m，横截面为单箱单室箱形预应力砼梁，中心梁高 1.7m，悬臂长度 2.25m，桥面横坡 6，柱顶设置盆式橡胶支座。设计中采用曲线梁计算程序进行了详细的受力分析，其中对各中墩单支承（未设置偏心
6、）和双支承（支座间距 3.7m）两种结构形式进行了计算比较，图 1 是两种结构的扭矩图。 从图中可以看出：采用双支承时，扭矩值较单点支承最大可减小约 40，说明双点支承可有效减小主梁自重扭矩；双点支承时，预应力作用下，扭矩值较单点支承的值增大很多；主梁自重与预应力荷载的合成扭矩仍然是双点支承的大。 例 2：某立交匝道桥，桥跨布置为 427m 预应力砼箱梁桥，平面位于半径 R60m 的圆曲线内。桥宽 8.5m，横截面为单箱单室的箱形预应力砼梁，悬臂长度 2m。中间独柱桥墩与箱梁固结，墩柱直径 1.5m，墩顶扩径为 1.8m，墩高 68m。该桥在张拉完钢束拆除施工支架后墩柱出现大量裂缝，造成墩柱破
7、坏。 通过分析张拉前后固结墩的扭矩图（图 2）可以看出： 该桥的墩柱支承设计存在缺陷：由于墩柱高度都在 8m 以下，墩柱刚度较大，柱顶又采用扩大截面，客观上增大了墩柱刚度，约束了主梁的扭转变形，对墩柱更加不利，所以在预应力的径向力作用下，墩柱的弯矩超过了其本身的承受能力， 造成墩柱破坏。 3 调整支承偏心平衡扭矩的优化设计 曲线梁桥如果中间各墩的支承位置也像直桥那样布置在桥梁中线上，那么由于平面曲率的影响，曲线梁在自重和预应力荷载作用下，内外梁肋会产生不均匀变形，从而使主梁发生扭转，活载作用会进一步放大这种变形。这种情况可在 设计时采取措施加以避免，其中最经济有效的方法就是调整中间支座的横向位
8、置。 如何调整墩柱偏心才合理呢？从上面的分析可以看出，产生主梁扭转变形的因素主要有：自重、预应力荷载的径向力和活载。如果设置的支承偏心使主梁正负扭矩接近相等，且主梁在自重和预应力作用下的扭转变形最小，梁端支座不 产生脱空，主梁整体上就达到了最佳平衡状态，那么支承偏心的调整就比较合理。对于预应力砼曲线梁桥，由于预应力产生的扭矩与自重扭矩方向一致，都是向远离圆心方向偏转，所以中间墩柱支承应向曲线外侧偏移。对于例 2 所示桥梁，如果将中间支承向外侧偏移 30cm，柱顶改为设置允许纵向位移的盆式支座，则全桥扭矩峰值及分布更为合理（图 3） 。 4 曲线梁桥支承设计的几点建议 根据过去的设计经验和对国内
9、已发生的几座曲线梁桥事故的分析，对曲线梁桥的支承设计提出以下几点建议供参考： （1）对于较宽（桥宽10.5m）和曲线半径较大（一般 R120m）的曲线梁桥，由于主梁扭转作用相对较小，宜在中墩采用多点支承方式，或将墩柱与主梁固结。 （2）对于较窄和曲线半径较小的曲线梁桥，由于主梁扭转作用的增加，中墩宜采用独柱墩，但在选用支承型式时应视墩柱高度不同而确定：较高的中墩（一般 H10m）可墩梁固结；较低的中墩设置限制横向位移的支座，并根据计算 需要设置横向支座偏心。 （3）选择合理的墩身截面。圆形截面虽施工方便，但其各向同性，对纵横向弯矩差异的适应性较差。一般矮柱自身刚度较大，如采用圆形截面固结，在预
10、应力作用下墩柱径向弯矩和在温度作用下纵向弯矩都会增加，不利于墩柱受力。但如采用矩形截面，则可通过调整截面尺寸适应纵向变形和增加主梁横向约束的不同需要。 （4）曲线梁桥应至少将一到两个中墩设置为固定支座，并在桥台处于主梁侧面设置防侧滑挡块。这是因为采用活动支座时，曲线梁在汽车荷载的离心力和制动力长期反复作用下易产生向曲线外侧的水平错位；匝道桥又大多是单向行驶， 所以这种作用力总是朝着固定的方向；而匝道桥的大横坡、大纵坡更有可能加剧这种错位。如不及时处理，严重时可使主梁滑落。 （5）曲线梁桥应采用空间程序进行结构整体分析。由于曲线梁桥存在较大的横向扭矩，其横向各支座反力往往相差较大，只有进行结构空间计算后才能确定反力的最不利值，同时避免支座产生负反力，必要时还可根据需要设置拉力支座。5 结语 影响曲线梁桥结构的因素很多，造成一些曲线梁桥工程问题的原因也是多方面的，还有很多难题尚待进一步研究。以上仅为本人在曲线梁桥设计中学习和总结出的几点体会。 考文献 1 邵容光混凝土弯梁桥北京：人民交通出版社，2010. 2 姚玲森曲线梁北京：人民交通出版社，2011. 3 孙广华曲线梁桥计算北京：人民交通出版社，2011.
