独柱支撑曲线连续梁桥稳定性分析

独柱支撑曲线连续梁桥稳定性分析

独柱支撑曲线连续梁桥稳定性分析

[摘要] 文章通过对崇左市某互通立交工程独柱墩曲线连续梁桥进行有限元建模及计算，分析曲线半径、桥长、边界墩支座间距、独柱墩支座预偏心等因素对独柱墩曲线连续梁桥稳定性的影响；指出只调整梁的扭矩而忽略梁的扭转变形是不全面的。通过调整墩顶处支座的位置保证梁在结构自重以及预应力荷载作用下的扭转变形达到最小，同时梁端的支座处不产生脱空现象，这样才会使整个梁体结构处于平衡；并分析构造要求及施工方法对独柱墩曲线梁桥稳定性的影响。对同类工程设计及施工有一定指导作用。

[关键词] 曲线连续梁桥；独柱支承；偏心距

[作者简介] 张艳东，中铁四院集团南宁勘察设计院有限公司桥隧所助理工程师，研究生，广西南宁，530003；李凤芹，中铁四院集团南宁勘察设计院有限公司，广西南宁，530003

[中图分类号] U448 [文献标识码] A [文章编号] 1007-7723（2012）10-0071-0003

曲线梁桥目前已广泛应用于现代桥梁工程，在城市立交工程的匝道设计中更为普遍。匝道桥的宽度较窄，一般多为两车道，宽度在9～11m；为了实现道路的转向功能，匝道桥多为小半径的曲线梁桥，平曲线最小半径可在30m；匝道桥多设有较大纵坡；匝道桥长度较大，以跨越下面的非机动车道或主干道。由于曲线梁桥相对于普通直线梁桥的特殊性，产生了一系列新的问题，如独柱支座预偏心距的设置，梁体的预应力损失、梁体腹板开裂、整体扭转、变形等[1]，没有很好地解决。规范中对曲线梁桥的设计规定也较少。相关研究的不足，导致独柱墩曲线梁桥较普通直线梁桥发生的病害、事故更多。查阅已建成的独柱墩曲线桥梁的检查资料可知，大部分梁体都存在着不同程度的病害，如梁端支座脱空、产生位移、梁体开裂等现象，甚至导致严重的交通事故，造成巨大的生命财产损失。

一、有限元模型

本文以崇左市某互通立交工程中四条匝道的独柱墩连续箱梁桥

为算例，采用MIDAS civil2010 版进行有限元计算分析，计算中考虑了恒载、钢筋预应力、支座不均匀沉降、温度力及活载作用。荷载参数取值如下：

恒载：混凝土容重取26kN/m2，护栏单侧每延米重按7.8kN考虑，桥面铺装15cm厚沥青混凝土；支座不均匀沉降按5.0mm计算；有效温度标准值按照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）表4.3.10-2中规定取值；活载：车道荷载（双车道），设计速度40km/h。车道荷载分为以下两个工况。工况一：城市桥梁设计规范（ CJJ

11-2011）城-A级荷载；工况二：超载工况，取1.3倍的城市桥梁设计规范（ CJJ 11-2011）城-A级荷载，即将均布荷载标准值和集中荷载标准值均乘以1.3的系数。

使用阶段荷载组合为：恒载、预应力、支座不均匀沉降、温度力、活载。表1为崇左市某互通立交工程中四条匝道的独柱墩箱梁，在使用阶段两种活载组合工况下，最小支座反力的结果统计。曲线梁桥由于产生的扭矩比较大，会造成梁体外侧超载，内侧卸载，内外侧支座反力差值大，支座位置脱空。工况一，有2处独柱墩曲线桥出现负的支座反力；工况二，有3处出现负的支座反力。出现最大支座反力的是B匝道5×20 m 的独柱墩曲线桥，在两种工况下的支座负反力分别为943 kN、1125 kN， B匝道桥位于直线段与半径R=45m的圆曲线上，线型变化大，曲线半径小，因此会产生较大负的支座反力。支座脱空将造成梁体整体向外侧偏移，甚至翻转等隐患，应引起设计人员的足够重视。

二、独柱墩曲线梁桥稳定性分析

比较表1中的数据，可以得出影响独柱墩连续箱梁桥支座反力的一些基本规律：对于相同跨度的桥梁，曲线半径越小，支座负反力越大；对于相同曲线半径的桥梁，桥梁越长，支座负反力越大。实际情况下，为满足使用功能或由于地形条件限制，跨度和曲线半径是确定的。此时独柱墩曲线梁桥稳定性还受到边界墩支座间距、独柱墩支座预设偏心等因素的影响。

对于独柱支承的曲线连续梁桥，曲线梁体发生的扭矩，不能通过

中支点独柱墩处支座传到墩柱和基础上，而是通过边界墩处设置的抗扭支座来传递。在满足边界墩支座与梁底边缘最小距离的前提下，尽量增大边界墩支座间距，可减小支座出现脱空的可能性，提高桥梁的抗倾覆能力，增加桥梁的稳定性。

同时，在各中支点独柱墩支座处设一定的径向预偏心，使梁内部扭矩分布比较合理，原则是：全联扭矩分布比较均匀，端横梁支反力差不多大，不出现负反力。具体方法是，计算出梁体在恒载和预应力作用下的扭转角，调整墩柱偏心距的大小，使梁体各个界面的扭转角接近相等。这样可以改善曲线梁沿桥轴线的扭矩分布，同时可以控制梁体的扭转变形，增加梁桥稳定性。

三、预偏心距对独柱墩曲线梁桥的影响

本节以崇左市某互通立交工程C匝道跨度5×20m，平曲线半径45m的预应力钢筋混凝土连续箱梁为计算模型，分析支座偏心距对曲线桥梁稳定性的影响，确定适宜的偏心距。如图1所示，8#台和3#边界墩端支座设置为对称的盆式橡胶支座，中支点独柱墩处支座设置相同的偏心，都偏向曲线外侧，偏心距变化范围为0～0.4m。图4是两种组合工况下的边界墩最小支座反力随支座偏心距的变化情况。两种工况组合下最大支座反力随偏心距的变化情况基本一致：随偏心距的增加，最小支座反力线性增加，当偏心距增大到0.2～0.25m 左右时，最小支座反力达到峰值，此时边界墩内、外侧两个支座反力分布最为均衡，全联扭矩分布比较均匀。因此，对于独柱墩式曲线梁桥，中墩支座设置合理的偏心距对改善支座受力性能和提高桥梁的稳定性作用是非常明显的。

四、构造及施工方法对独柱墩曲线梁桥稳定性的影响

在独柱墩曲线梁桥的设计中，计算分析是必要的，但是构造要求和施工方法是使桥梁达到安全使用的可靠保证[2]。

曲线箱梁桥与相应的直桥相比，横隔板要加强，如果内横隔板设置不适当，横截面变形引起的变形应力可能会导致梁体开裂。曲线梁桥径向的钢筋预应力较大，设计人员必须考虑预应力钢束径向力对梁体腹板曲线内侧混凝土压力，应在腹板内设置足够的防崩钢筋，以防腹板崩裂和钢束崩出梁体。