连续刚构小半径弯梁立交桥结构计算分析研究

连续刚构小半径弯梁立交桥结构计算分析研究摘要：近些年来，伴随着我国公路事业的迅猛发展，关于弯梁桥型设计的应用越来越广泛。通常，桥梁设计工程师总是希望能够合理调整线路方案以避开这样的弯桥型，或者对弯部分的桥型调整以“直”代“曲”，尤其是桥梁的上部结构的调整相对比较常见。鉴于此，笔者将在本文中以连续刚构小半径弯梁立交桥作为研究对象阐析桥梁结构的设计计算。

关键词：连续钢构小半径弯梁立交桥结构计算

一、连续刚构小半径弯梁立交桥的结构受力情况

笔者认为，对于连续刚构小半径弯梁立交桥结构设计，应首先合理选择轴承布置方式以确保弯梁桥结构在运营使用中可以避免

温度效应、汽车荷载造成的离心现象、轴承腔和墩顶部水平偏差破坏性等病害。然后着重分析桥梁结构的受力情况。

1.1结构受力情况。

弯梁桥需要克服复杂环境下的局限性地形、地貌，设计工程师可自由发挥自己的想象空间，以平滑、流畅的线桥给人以最完美的视觉享受。但是，压力弯梁桥的结构设计是非常更复杂的。其中最重要的原因在于发生弯曲变形与扭转变形的耦合作用，弯梁在垂直荷载与扭矩的共同作用下会相互影响。同时，弯梁内部和外部支持的反应也有所不同，内、外部的反应差异巨大导致转矩，迫使弯梁的截面始终处于一种扭耦合作用状态，而其部分主拉荷载就要比相类似的直型梁桥结构大许多。在弯曲梁桥中，因为有一个大的转矩，

通常会有“梁的超载和梁的卸载”情况，这种现象往往在小半径的宽梁桥结构中显现的特别突出。

1.2下部墩台结构的受力情况

由于内部和外部支持反应是不平等的，使得每一个墩柱构件的自身垂直力出现程度比较明显的缺口。而当转矩很大时就应设置专门的张力支座和压力支座，部分墩柱构件甚至可能出现紧张应力状态。弯曲梁桥的墩顶结构受到的水平应力，除了与桥梁自身结构有关以外，桥面结构受到的刹车应力、温度应力、地震力以及超载导致的压力过大也是与之息息相关的因素。同时，也由于梁结构存在一定的弯曲曲率，上不荷载共同作用产生的桥结构离心现象也是不容忽视的。桥梁墩顶结构的水平力分布极为复杂，特别是在气候温度为零下时，弯曲梁桥结构不可能会像直型桥结构那样仅仅考虑一个单一方向上的力学平衡，通常需要考虑到两个方向的力学平衡才能够保证桥梁结构设计的安全性和可靠性。桥梁墩顶结构上方安置的支座结构也由于其支座类型不同和安置位置不一致，在设计中容易造成在实际施工当中出现临界滑移的问题，而其他桥梁支座则尚未达到这一临界状态，每一个支座的约束力方向与桥台不能处于同一平面，设计使水平方向达到力学平衡是极其困难的。

二、连续刚构小半径弯梁立交桥的结构设计计算

2.1上部桥结构的设计计算。

（1）结构力学法。该方法的应用原理重点在于如何利用杆系统结构力学法。弯曲梁作为桥梁结构弯曲部位主要的支撑构件，扭转

支持以转矩替代，然后根据变形协调条件解决各种上不荷载力。这个方法很简单，更适合分析简支梁弯曲和截面和交叉在电弧窄桥。

（2）梁格法。梁格法是一种在分析弯曲梁桥结构内部受力状态问题方面最为常用的方法之一。梁格法的应用原理在于以等效梁结构来替代桥梁上部建筑并基于对梁结构为基本单元的有限元法。此法理论思路较为清彻，设计人员容易学习和掌握，在应用方面更得心应手且结果输出迅速。例如，目前我国在桥梁结构设计与计算中，应用同济大学开发的“桥梁博士”和广州公司开发的“3 dbsa”等较为常见的软件均是基于梁格法的原理。

（3）空间结构有限元法。本法通常被应用于空间体元素与壳元素模拟结构当中。一般而言，空间结构有限元法可计算任意一种具有复杂形态的空间结构，精度分析依据当地实地情况研究而定。对于一些特殊的弯梁桥，应用高精度空间结构有限元法来应用分析是极为必要的。另外，如想要知道弯梁桥结构的稳定性与振动特性，唯有应用空间结构有限元法来分析才可以得到精确的结果输出。

2.2下部结构设计计算。

与直线型桥梁设计相比，弯曲梁桥的底部结构计算分析要复杂很多，尤其是在负载方面，除了弯梁桥和直接承受各种外部负载，在墩顶部水平力分布由于弯梁桥不能只考虑一个方向的平衡，桥梁上部结构的扭转效会使得结构轴力存在明显的差异性，在确定桩长要特别注意这种情况。此外，由于支持约束条件是不同的，也可以影响的内力分布。长久以来，人们对弯梁桥上部结构分析比较注意。

单就理论而言，弯曲梁桥的上部结构与下部结构设计相比还不够深入，仍需进一步深入探究。

2.3设计参数的选定。

在桥型设计方面，需根据实地情况选择合理的线性路线，选择合理的平面弯曲元素，根据使用要求的桥梁工程计算规范来确定弯梁桥和扩大高价值，然后确定梁桥在直线段、圆曲线段和缓解弯曲部分的桥面宽度和高形式，进行桥梁截面布局。在一般情况下，线性部分的截面布局和路线行车道和缓解弯曲部分需要让它扩大梯度剖面形式。

2.4桥型的选定。

在弯梁桥，广泛应用的是连续梁或简支梁型式。由于弯曲线性受多方面条件的限制，连续小半径弯梁立交桥一般可选择框架梁为最佳设计方案，而简支梁立交桥桥则可以选择具有附加异性面梁作为最佳设计方案。

2.5平面线型的布置

（1）常用板梁的平面布置分析。

桥台平行排列会因为桥台和路线角不同，桥台的盖梁支持设计位置不同，其几何结构的设计计算过程会更复杂，这种方法应该在弯曲大半径桥或桥长较短的板梁桥中相较更为适用。其主要的优点在于桥孔或全桥均为预制梁构件，既可以保证长度，又可以确保板面较小的倾斜角度，而突出的缼点则在于该构件由于板端角不同和长度不一致使得其设计和计算过程非常复杂。

与以上内容相同的是，原位梁的几何结构设计与计算过程相对要简单许多。当弯曲半径较小，因为宽度限制可使用变量预制梁长度设计。

（2）预制空心板梁的布设计算方法。

a.弯曲部位的桥梁上部结构，当中心线的路线总桥跨度范围内的弯曲矢高 hs ≤5厘米，直桥设计、中心线桥将弯曲外侧翻译hs / 2平分向量法的调整桥水平对齐，护栏根据弯曲的设置。而hs > 5厘米时，折线布孔原则上从桥中心桩号侧面和敷设弯曲内弦长为标准的线布局根据模型。

b.当内部和外部的长度差异不大于标准跨度2倍时，参考桥梁路线为准，根据标准跨度大小加以设置，支承轴旋转和预制梁端并行使得桥台膨胀接头具有足够的储备缝数量和宽度。而大于标准跨径的2倍时，桥梁布设以左、右各半幅桥梁的中心线为准，以标准跨径大小加以设置，并充分考虑平行布设方法的采用。

2.6离心现象的考虑

当曲率半径ρ> 250米时，离心现象的影响可以忽略不计，而当曲率半径ρ≤250米则必须考虑离心现象对于整体结构所呈现的应力影响。依照我国《高速公路桥梁设计规范》所作出的要求：引起离心现象的作用力其作用点可被移至桥面以上，但是“独柱墩式”的连续小半径刚构弯曲立交桥而言，此种方法的应用时存在一定安全风险的，不建议采用。因此，建议要对离心现象的考虑要充分，引起离心现象的作用力fc被移至桥面以上之后，采取力矩mc以替