曲智超　黨強　陳子濤

摘要：隨著經(jīng)濟建設的發(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)箱梁橋修建越來越多。由于連續(xù)箱梁的受力和結構特點，在小半徑曲線橋梁中得到了廣泛的應用。文章主要對小半徑曲線連續(xù)箱梁橋設計要點進行了簡要分析，以供參考。

關鍵詞：小半徑；曲線；連續(xù)箱梁橋；設計

引言

在社會經(jīng)濟快速發(fā)展城市交通建設需要大量的高架橋、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相對比較成熟等突出優(yōu)勢，經(jīng)常被用于城市高架橋的匝道橋設計之中，其作為適用的主要結構形式，在我國很多城市橋梁建設中都獲得了廣泛的應用。

1小半徑曲線連續(xù)箱梁橋設計

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特的特征，比如，針對連續(xù)曲線鋼箱梁的跨徑來說，在30-60 m時，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：（1）鋼結構的自重質量較輕，其質量要遠遠小于混凝土連續(xù)結構。（2）鋼材具有較高的抗拉壓性能，容易通過調整鋼板的厚度來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總體布置的要求。（4）鋼箱梁采用工廠加工制作，臨時墩支撐，分段吊車安裝就位，施工方便快捷，對現(xiàn)況道路交通影響小。（5）鋼箱梁加工復雜，技術要求高，需要專業(yè)的加工隊伍，造價和后期維護費用較高。

1.2小半徑曲線梁橋受力特點

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，會出現(xiàn)彎矩、扭矩，且相互影響，導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)變形的情況較為嚴重，出現(xiàn)弧線外邊緣撓度比內邊緣的要大。由于汽車偏載的影響，對比直線橋與曲線橋的支點反力，弧線外側的支點要比內側的更大。半徑過小易出現(xiàn)負反力，致使運營期支座與梁體脫空。將影響結構非線性溫差的因素及混凝土的徐變、收縮等充分考慮進去。故而小半徑曲線橋在進行結構選型時可以采用一般的鋼筋混凝土結構，這樣可以避免縱向預應力出現(xiàn)徑向力的情況發(fā)生。

1.3小半徑曲線梁橋設計特點

小半徑曲線梁橋受力特性與直線橋梁對比較為復雜，結構的抗扭、抗彎承載力更高，故結構設計過程中，優(yōu)先選用抗扭剛度強、整體性能好的現(xiàn)澆箱梁，并且在合理設置中橫隔板。下部結構不僅承受汽車制動力J=部恒載力、地震力、沖擊力、非線性溫度的內力等，還要承受在車輛離心力所產(chǎn)生的橫向剪力。墩梁固結方式能夠將上部扭矩傳遞至下部結構，在采取這一措施前，應先驗算下部結構，保證墩頂與梁底固結面積足夠。

和相同跨徑直線橋對比，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。故在實際設計中，應適當加強縱向抗裂鋼筋、橫向分布鋼筋及縱向受力鋼筋。以墩梁固結措施為基礎，對墩支點向曲線外側進行橫向偏心的設置，這樣能重新分配曲線梁橋恒載扭矩，把上部結構中的荷載轉移至下部結掏，讓恒截扭矩值得有效降低，避免負反力的情況出現(xiàn)。

當各跨圓心角>35℃后，設置在梁底中心的支點扭矩要比設置偏心的情況大14%左右。此時，在中間設置獨柱式單支點，上部結構中所存在的扭矩，不能通過中間單支點進行傳遞，只能通過曲線橋兩端中所設置出的抗扭支撐進行傳遞，因此，小半徑曲線橋梁應當設置支座時，應盡量避免設計單支座。

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（n≥2）橫橋向支座組成或者采用墩梁固結。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畸變；對于端部支座支反力比較均勻，增強了結構的抗傾覆性。缺點為下部結構顯得擁擠，特別是對于橋下空間比較緊張的城市立交橋，給下部構造從美觀、空間利用及工程經(jīng)濟方面帶來不利。

（2）兩端設置抗扭支承，中間設單支點鉸支承（通常所說的獨柱單支座）。獨柱式柔墩有利于墩頂位移，在溫度變形、混凝土收縮、徐變和預加力變形時，對于彎梁橋來說，其縱向變形主要地可由拱軸線的撓曲變形來實現(xiàn)，故將中墩布置成獨柱式柔墩是合理的。同時節(jié)省了橋下空間，從美觀上也收到良好的效果，但目前國內外已經(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產(chǎn)的損失。獨柱墩橋梁的破壞主要有以下兩種情況。有一弊端就是對上部結構抗扭約束較小，在偏載及預應力的作用下，產(chǎn)生的扭矩不能通過中間支承傳至基礎，而只能通過曲梁兩端抗扭支承來傳遞，從而易造成曲梁端部產(chǎn)生過大扭矩，導致端部支座的受力嚴重不均，甚至會出現(xiàn)支座脫空現(xiàn)象，從而導致上部結構梁發(fā)生傾覆。獨柱墩受到較大水平推力而發(fā)生彎壓破壞，從而導致整橋的垮塌。

（3）兩端設置抗扭支承，中間既有單支點鉸支承，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，橋梁上構為鋼筋砼現(xiàn)澆箱梁，下構為柱式墩、埋置式臺。箱梁橫斷面采用單箱雙室，梁高1.4m，箱梁頂寬8.3m，懸臂長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各項參數(shù)計算

相關設計標準設計荷載：城-B級；溫度荷載：各結構體系溫度相差在25eC左右，梯度溫度應結合具體規(guī)范瀝青鋪裝指標進行有效加載，其橋面寬度為8.3m。利用Midas/Civil軟件，深入分析和研究各個結構所建立的模型，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)直線橋梁的設計方法，無法滿足抗扭承載力的實際需求，應采取一定構造措施，并通過試算實時調整構造尺寸。2.2選取結構類型為了確保橋梁抗扭和抗彎承載能力能滿足具體實施規(guī)范的要求，建立全橋三維模型計算，并結合計算所得結果完成調整構造的工作。

2.2優(yōu)化設計

以原單箱單室設計為基礎，調整其橫斷面為單箱雙室，對梁高進行相應的調整，從原來的1.2m調整為1.4m，這樣能讓上部結構具有更強的抗扭能力。對沿河兩岸設立的連個獨柱墩進行相應的調整，完成其橫向偏心設置，該設置結構以墩梁固結結構為主，并驗算墩柱的抗彎承載能力。原設計中的本聯(lián)只是圓弧段，通過計算結果得，兩端支座反力有較大的相差，更有負反力出現(xiàn)，在進行結構調整時不能更好的滿足抗扭的要求。故需重新進行全橋的分聯(lián)設計，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的部分連為一體，讓其抗扭能力得到提高。

結束語

綜上所述，在設計小半徑曲線梁橋過程中，其計算過程較為復雜，預應力效應、溫度效應和活載等因素都會影響著曲線橋梁計算結構。但在有限元分析下，能夠很準確、有效的掌握各個結構體受力狀況，結合各個曲線梁受力狀況，并有目的、有計劃的制定出措施，這樣才能設計出經(jīng)濟又適用的曲線橋梁。