浅谈斜弯桥几何设计

浅谈斜弯桥几何设计

摘要：随着我国公路等级的不断提高，对路线平纵面线型的要求也越来越高。受路线走向控制，不少桥梁多为斜交，甚至处在平曲线上，给设计带来不少麻烦。一座桥梁的设计不应仅仅考虑本身的结构设计，还应该考虑与路线的配合，即几何设计。斜弯桥梁的几何设计思路是影响设计、施工的重要因素，文中提出了桥梁受公路线形制约时的几何布置形式，公路斜弯桥几何设计的特点、类型、方法和影响因素。在不增加设计难度的情况下，通过桥梁的几何布置达到改善公路线形的目的。本文结合省道S304线宁德至古田高坑公路大桥至高坑段桥梁设计的实例加以说明

关键词：斜弯桥；几何设计；特点；类型；

1、斜弯桥几何设计的特点与类型

1.1 特点

斜弯桥顾名思义是指全桥或部分位于圆曲线或缓和曲线内的斜交立交桥。斜弯桥几何设计，是指受公路几何形状制约的上部结构与下部结构的各类几何要素的设计。

斜弯桥几何设计是一个系统工程，具有复杂性和灵活性的特点。复杂性主要体现在它涉及的范围较广，影响因素较多，需要考虑的问题较多，从桥址的自然地理特征到桥跨结构、公路线形等均影响斜弯桥的几何布置，是一个多因素互相制约的复杂体系。灵活性是指斜弯桥的几何布置的形式可以不拘一格，采用多种方法。

1.2 斜弯桥几何设计的类型

斜弯桥的结构形式多种多样，但是每种桥型均有其适用范围。

根据主梁形状一般分为如下两种形式：：①直梁式。它的主梁一般包括桥缘内的上部构造，人行道与栏杆(或防撞墙)按桥内设计线形进行设计。采用此种设计方法一般要使桥梁在横向适当加宽，以满足曲线桥宽的要求。②曲梁式。曲梁设计就是把主梁外缘按桥内线形设计为曲线形状。这种形式的桥梁达到了桥型与线形的和谐一致，符合桥梁设计的美学观点。

按墩台轴线的平面关系分为如下两种形式：：①平行墩桥形式，是指墩台轴线在平面上相互平行。这种形式的特点是同一孔桥的各片梁几何形状完全一致，但相邻孔跨的各片梁斜交角度不同，桥面通过现浇钢筋混凝土防撞护栏（人行道）形成平曲线。②辐射墩桥形式，是指墩(孔)轴线交于圆心(径向设计)或相对于径向旋转一固定角度。其特点是，同一孔桥中曲线内外侧各片梁的孔径不等，呈辐射状，相邻孔跨桥的斜交角度相同，桥面通过现浇钢筋混凝土防撞护栏（人行道）形成平曲线。

斜弯桥几何设计是一个系统工程，具有复杂性和灵活性的特点。复杂性主要体现在它涉及的范围较广，影响因素较多，需要考虑的问题较多，从桥址的自然地理特征到桥跨结构类型、公路线形、施工技术以及经济上的可行性与合理性等因素均影响斜弯桥的几何布置。灵活性是指斜弯桥为了满足安全和使用上的要求，几何布置形式可以不拘一格，采用多种方法。从以上分析不难看出，斜弯桥的设计主要体现在主梁形状与墩台轴线两者的各种不同组合上。问题的关键是如何快捷地实现斜弯桥最为合理的几何布置，设计合适的结构形式，使桥梁保持有利的工作状态。

2、工程实例

2.1 工程概况

本工程为省道S304线宁德至古田高坑公路大桥至高坑段公路一座新建桥梁,如图所示

由于受地形限制，为了保持线形的连续性，需在一河道上设置一平曲线，在河道上拟建一座4x16m的中桥,该桥位于半径R=279.87 m，缓和曲线长LS=60m及半径R=133.83m,缓和曲线长LS=60m的平曲线内。

2.2 设计过程

按照桥梁设计的基本程序，斜弯桥设计时应遵循“先布跨、再选梁、后下部、最后到细部”的原则设计。

(1)确定桥跨的组合及梁形。通过了解桥址处自然地理特征、河床断面形式、水文地质情况，考虑到桥梁的上部结构空心板外形规则，设计简单，施工方便，有利于降低工程造价，所以拟修建4跨16m预应力混凝土空心板桥。该桥为两交点的缓和曲线上，根据河道水流情况设计成30°的斜板桥。为满足行车的安全性及舒适性的要求，在桥梁横断面上设计成桥面外侧超高，向内侧倾斜的横坡，超高的横向坡度按设计车速、半径大小、桥面种类等情况确定为5.5％向0.6%过渡。超高的横坡可在墩顶设置，也可在粱底设置垫块，或在桥面铺装层上进行调整。在该项目设计中通过调整两墩柱的高度形成横坡。由于桥梁上设置，超高的单向横坡度，故桥面排水孔道的布没也应作相应的调整。桥上的人行道、路缘石和栏杆稍加调整，设置成在平面上呈曲线形。施工时预制板长相等，板垂直断面一致。侧模相同，板斜度不同，可通过调整板端模即可完成。

(2)下部墩台的设计。从桥梁受力及美学考虑，下部墩台采用径向设计比较合理。若采用辐射(径向)布设，预制梁长各不相等，虽然下部墩台帽长度相等，但上下部总体考虑，特别当孔数较多时，从设计、施工角度来看，辐射(径向)布设要比平行布设复杂得多。而与简支梁连接的墩台采用平行墩台设计方法，避免了同-孔桥内各片梁跨度不一而带来的设计及施工上的复杂性，下部结构因墩台与路线交角各不相同，应适当调整墩台帽长度，在曲线半径较大时采用台帽长度较大者。所以，该简支空心板桥采用墩台平行布设。

(3)细部构造的设计。简支斜弯桥和连续斜弯桥与正桥相比常常出现梁体旋转、支座横向偏移、桥头搭板位移、主梁易出现裂缝等病害，分析其产生的原因，主要是这两种桥型下部结构对上部结构几乎没有横向约束，而桥梁在建成运营期间，常常受到温度变化、混凝土收缩、徐变、汽车制动力等横向力作用，而这些微小的横向力均可使梁体产生平面旋转等病害。在该项目的设计中，为避免上述病害，在细部进行了以下几方面设计：在铰接斜板的支承处，在其中心位置预留锚栓孔，待安装完毕后，利用锚栓固定，这样可以防止板的锐角端起翘和导致平面上的旋转位移；在支座与所支承的结构之间设置必要的横向限位设施，以便梁体的横向移动控制在容许限度以内；为避免产生过大的剪切变形，施工时要求在气温相当于全年平均气温的时候进行；在伸缩缝的选择上，选择伸缩量适当大的型号，并且建议桥梁的养护部门应及时保持伸缩缝的清洁，

避免伸缩缝被杂物填塞而影响梁体伸缩。

3、斜弯桥的几何设计方法及影响因素

斜弯桥结构形式的选择应根据地形、地势、平曲线半径及使用功能等要求确定，桥梁的平面布置应服从整体线形布置的要求，综合考虑路线、桥梁之间的协调配合，不同的布置方式将会得到不同的斜弯桥方案类型。所以，斜弯桥的几何设计应依据路线的平面布局、桥梁的使用要求及结构总体受力特征综合考虑材料、技术、施工以及经济上的可行性与合理性等因素，以设计简单、施工便利、有效降低工程造价为原则精心没计。

影响因素主要有以下几个方面：

(1)应充分考虑到斜弯桥几何设计的影响因素。如桥址处自然地理特征因素一方面制约桥跨的设计，另一方面也影响墩台形式的选择和布置方向。一般简支梁适用于中小跨度，而中大跨度则需选用其他形式，如连续梁等。墩台的布置形式要特别注意墩台与梁的斜交角度不要过大，以免影响梁的受力合理性。公路线形的制约等因素很大程度上影响到梁形的选择。公路曲线半径较大，当加宽值不大时，一般首先考虑采用直梁弯桥形式；而曲线半径较小时，首选曲梁弯桥。直梁弯桥一般可采用空心板，T形梁、小箱形梁等截面形式。曲梁弯桥可采用工字形组合梁、无梁板桥、连续梁桥等。而这些梁形的特点及适用条件又不尽相同，需因地制宜地合理选用。其他方面的要求、施工方法的影响等也应充分地考虑。

(2)应充分理解斜弯桥的受力特征。斜弯桥在荷载的作用下，由于曲率的影响而产生扭转和翘曲变形，承受着弯、剪、扭的共同作用，所以斜弯桥在布设时应注意这种弯扭的互相耦合作用，必要时在构造上采取相应的措施给以保证。

(3)应高度重视斜弯桥的标高、中线的控制。在斜弯桥的设计和施工中，对于桥梁标高的精确控制是比较复杂的，因为在平面上有平曲线、在纵断面上有纵坡度和竖曲线、在横断面上有桥面超高和单向坡度，同时还有加宽和变宽的情况。因此，在斜弯桥的设汁和施工中，对桥面标高、中线控制必须十分细致和谨慎，应反复核对检查，严格要求。

4、结语

斜弯桥梁的设计，应根据桥梁所处位置的路线线形、斜交角度、河流情况及工程总体设计要求等诸方面综合考虑，做深入、细致的研究，通过方案比较，选择合适的桥型布置，使斜弯桥设计合理，符合规范要求，施工方便，耐久适用，经济美观。斜弯桥设计时遵循“先布跨、再选梁、后下部、最后到细部”的原则可使设计思路清晰，取得令人满意的效果。参考文献：

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