小半径曲线梁桥受力特性及设计对策

１内力 、 变形特征和病 害 对于直线桥 ， 主梁 自重和预应力钢束 作 在 用下 ， 由于荷载在横 向是对称的 ， 对主梁并不 产 生扭矩 和扭转 变形 ，仅活荷载 的偏心会产生 扭 矩和扭转变形 。但是在 曲线梁桥 中 ， 自重 、 应 预 力和活荷载作用所产生 的扭矩和扭转变形是 不 容忽视 的。预应力钢束径 向力产生最大扭矩 值 可达纵 向最大弯矩值的 ５％以上 。 ０ 另外 ， 由于桥 梁下部结构往往采用独柱支承方式 ，抗扭能力 较弱 ， 以须在桥梁两端部设置抗扭支承 ， 所 以增 加桥梁 的整体稳定性 。主梁的扭矩造成端部支 座横 向受力严重不均 ，甚至使—侧支座 出现 负
定作用在腹板的中间高度处 ； 分析腹板受力时， 主要从事公路瑗城市道路管理工作。 可假定 为长度 等于顶底板 之间净距 的竖梁 ， 以 腹板跨 中高度处最大侧 向预加力为条件来计算 极限弯矩 ，箍筋应满足承受腹板极 限剪力 的要
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出。
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１ ． ３支座 布置 、 墩柱形式 、 撑横 向间距 布 支 置的不合理 ， 造成支座 过早 的破 坏 ， 引起 墩 甚至 柱开 裂。其原因 ， 是梁体在 自 、 重 预应力 以及 外 部 荷载的作用下引起的扭转 和翘 曲造成的 。 ２直、 曲梁桥的计算 的差 别及分界 深圳 市华 强立交 Ａ匝道 第 三联在投 入使 用 两年 后 曲线 梁桥 突然 向外移 动 和 向外侧 翻 转， 曲线梁体径向最大位移为 ４ｅ 切 向最大 ７ｍ， 位移为 １ｅ 扭转达 ２ ２ ， ６ｍ， ． 。从设计方面 ， 未发 ４ 并 现违反 国家 现行桥梁规范及标准之处 。这个事 故 ，可 以充分证 明曲线梁桥结构计算理论 的复 杂性 。对其计算理论和方法及专用程序需要进 步研究和完善。 根据对一座半径为 ８ｍ， ０ 宽度为 ８ ｍ的单 ３ 箱单室箱梁 ， 跨度为 ４￣ｍ的弯桥 （ ｘＯ 以下简称算 例）分别按直桥、 ， 弯桥单点支撑、 弯桥双支座三 种状况进行 了计算 ， 并对结果 比较分析 ， 对于纵 向弯矩得出了以下结论 ： ２ 恒载下直桥与弯桥单点支撑的纵向弯 １ 矩差别不大， 潲 小于弯桥， 芏 但是几乎可以忽 略；恒载下直桥与弯桥双支座的最大正弯矩相 差 ｌ 最大负弯矩相差 Ｚ ％。可见恒载下无论 ％， ４ 是何种支撑纵向弯矩差别都非常小。 ２ ２活载下直桥与弯桥单 点支撑 的纵向弯 矩差别相对大一些， 直桥稍小于弯桥： 最大正弯 矩相差 ３ ％， 大负弯矩相差 １． 活载下直 ３ 最 ５ ％， ６
工程技术
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小 半径 曲线 梁桥 受 力特 性 及设 计对策
杨 世 荣
（ 嵩县公路 管理局 ， 河南 嵩县 ４ １０ ） ７ ４０
反力 。 由于曲线 梁桥与 直线 桥 内力和 变形 的差 别， 造成曲线梁桥一些独特的病害 ： １ ． １曲线梁桥在温度 变化的长期作用 下 ， 因
两端 的约束较大 ，其 中间部分会在平 面内缓慢 向外侧移动和转动。 升温时 ， 出现朝 圆心 向外 会 的侧向位 Ａ ，降温 时出现朝 圆心向 内的侧 向 移 ｉ 位移 △。， 如果支座 位置和形 式设 置不合理 ， 在 降温时 ，由于重力及支座的摩擦约束 ， ＡＩ 使 ＞ Ａ 。如此年复—年 ， ２ 整个梁体不断 向外移动 ， 移 动到＿定量后， 其后果是不 言而喻 的。 １ ． ２预应力混凝土曲线箱梁在张拉纵向力 筋时 ， 腹板中产生横 向分力 ， 易使腹板混凝 土裂 缝 ， 原因是产 生径向水平压力使 钢筋 混凝土 其 腹板超载 （ 其实在预应力钢束附近基本是素混 凝 土 ） 载可能造成 混凝土 破坏 ， 重者将 使 ， 超 严 混凝土崩裂，预应力钢束拉直 ， 并从腹板内溢
摘 要 ： 文通过 时 曲线 梁桥 的 内力和病 害的 分析 ， 本 讨论 了曲线 粱桥 的设 计与 直线 梁桥 的设 计 的 区别 ， 点探 讨 ， 半径 曲线 梁桥 的 重 １ － 设 计要 点 以及 避免病 害产 生的 设计 对策 。 关 键词 ： 小半径 ； 曲线桥 梁； 直线桥 梁 ； 害 病
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桥 与 弯桥 双支座 抗扭 支撑 的最 大正 弯矩 相差 求 ； 证在力 筋弯 曲的部位 ， 道不 出现尖 弯 ； 保 管 ０ ％， 大负弯矩 相差 ｌ％。 － 最 ６ － 可见 在活载作用下 在构 造上要 减少 张拉操作 引起 的预应力损失 ； ７ 对 于单点支 撑直桥与弯桥的计算结果相差 比较 在 易开裂 部 位可 用纤维 混凝 土代 替普 通混凝 大， 采用抗扭支撑可以较大的减小负弯矩 。 土， 例如在锚具 周围及支座腹板处等 。 ３曲梁桥设 计要点 及病害对策探讨 ３ 普通钢 筋的设 计 ５ 小半径 曲线梁桥 的构造形式与直线梁桥有 普通钢筋 的设计应考 虑其 弯曲、 扭转、 剪力 不 少相似之处 ， 上所述 ， 但综 可以看到曲线梁桥 的复合受力作 用。特别要考虑 内外腹板剪力的 具有 不同的结构受力特点 ，处理不当会发生一 不均匀性和支 座处 的剪力集中对箍筋加密及抗 些独特 的病 害。如何从 设计的角度来 解决这些 剪钢筋设计 的影响。并采用普通钢筋抵 抗内力 问题 ， 是非常值得探讨的。 矩。 曲梁 为弯扭耦合构件 ， 可按扭矩剪应力 和弯 ３ ． １桥梁结 构布局与曲梁要素 的关 系 矩剪应力综合确定 箍筋间距。曲梁的抗扭配筋 在立交桥的设计过程 中，桥梁的结构布局 应包 括抗扭箍筋 和抗扭纵筋 ，在配置箍筋 的同 应尽可能地 服从平面线形 ，因此各种 分又布局 时 ，必须同时配置 与曲梁轴线方 向平行 的抗扭 的曲线梁桥 不可避免地经常出现 。在结构设计 纵筋。 抗扭纵筋直径应不小于箍筋直径 ， 确定抗 中应充分考虑 曲线梁桥的力学特性。通过对曲 扭纵筋 数量后在 腹板箍 筋内侧 四周 均匀布置 ， 梁要素 的评 判 ， 合理地进行结 构简化 ， 用合 适 在支点附近需加密布置。 采 除此之外， 由于曲线预 的理论进行分析 。 应力 会对弯梁 内侧 的产生径向压力 ， 如不采取 ３ ． ２曲线 梁桥支承方式的选择 防崩裂措施， 可能会将箱梁腹板混凝土崩裂， 国 在支承形式上 ， 小半径 曲线梁桥通 常三种 外已出现此类事故。 因此， 必须在梁体腹板内 设 布置形式 ：全部采用抗扭支承两端设置抗扭支 置 防崩裂 的构造 钢筋 。 承， 中间设单支 点铰支承 ； 端设置抗 扭支 承 ， 两 ３ － 国现行 的桥 梁规范还未对 曲线梁桥 ６我 中间既有单支点铰 支承 ，又有抗扭支承 的混合 最大扭转变形作 出限制的规 定 式支承。下部 墩柱 当与支承形式相匹配。 经过对 几 座曲线梁桥破坏的分析，为保证 根据 相关研究 ，一般认为 ：对于宽桥 ｆ 其安 全 ， Ｂ ＞ 在设计 曲线 形梁桥时 ， 应对其在恒 载、 １ｍ的曲线 梁桥 ， ２】 由于荷 载及预 应力对 主梁 的 预应力 、 活载的最大扭转变形值加以控制 。 扭转作用小 ， 以及宽大主梁横 向稳定性的要求 ， ３ ． ７墩柱截面的合理选用 宜在 中墩处 采用具有抗扭较强的多柱或多支座 当采用墩柱与梁固结的支承形式时就必须 支承 方式 ； 对于窄桥和曲率半径 较小（ １ｍ，＜ 注意墩柱 的弯矩 变化 。在主梁的扭转变形过大 Ｂ ２ Ｒ ＜ ８－的曲线 梁桥 ， ０） ｎ 如匝道 桥 ， 由于荷载及预应力 的同时墩柱弯矩也很大（ 一般墩柱较矮） 的情况 对主梁的扭转作用大 ，一般在 中支座处可采取 下 ， 圆形截 面墩柱 固结是不经济的 。首先 ， 采用 单点支承 ， 通过放松的扭转约束 ， 达到减小箱梁 墩柱受力过 大配筋不易通过 ，仅仅加大墩柱直 扭转 内力 的 目的。 径， 会使墩柱刚度 增加很多 ， 在预应力径 向力作 ３ ． ３单点支承曲线梁桥偏心距 的选择 用下墩柱径向弯矩和在温度荷载作用下纵向弯 通过 中支点预偏心的办法 ，虽不能完全消 矩都会增加 ， 后的弯矩会更大 ， 合成 更不利于墩 除梁桥外扭 矩的作用 ， 可以改变外扭矩沿梁 柱受力。 但 跨的分 布 ， 取得合 理的设 计。在设置预偏心时 ， ４结语 除注 重调整主梁扭矩以外 ，也应充分考虑主梁 小半径 曲线梁 桥的设计计 算 比较复杂 ， 其 的扭转变形 。 确定偏心距的具体方法 可以为 ： 调 温度效应 、 预应力效应 、 的影响面加载都不 活载 整支座 预偏 心值 ，计算曲线梁在 白重及预应力 同于直线桥梁 的计算 。但 通过高精度 的有 限元 作用 下的扭 转角 ， 支点 和跨中截面的扭转角 分析计算 ，我们可 以较 为准确地掌握其结构的 使 接近 相等 （ 方向相 反 ）同时控 制各 截 面的 受力行 为。 一般 ， 针对其 不同于直线梁 的受力特点 ， 在 扭矩 ， 保证支座不产生脱空 ， 这样可将主梁 调整 设 计中采用相应 的有效措施 ， 是可 以设计 出较 到最佳平衡位置 。如果桥梁承担 的交通 量非常 为可靠 且经济适 用的曲线桥梁 的。 大， 也可以适 当考虑一部 分活载 的作用 。 参 考 文 献 ３ 预应力对 曲线梁桥 内力的影响 ４ ｆ杨兴 旺 大跨 度斜拉桥施 工全过程 非线性行为 １ ］ 从设计的角度 ， 具体来说 主要应采用 以下 研 究Ｄｌ 南交通 大学， ０ 年 ）西 ２ ７ ０ 的措施 ： 充分调整预应力筋 曲率 ； 曲线管道 之间 【吕建根 大跨度 索拱组合体 系非线性静动 办陛 ２ １ 为防止混凝士挤碎 应留有 足够的净间距 ， 力筋 能研 究 ｌ 南大学， ０ 年 湖 ２ ７ ０ 束尽量分散布置 ， 并保证力筋 的混凝土保 护层 【王会 利． 锚 式斜拉一 索协作体 系桥 结构性 ３ ］ 自 悬 厚度 ；局部板 的作用可能是实际造成开裂 的最 能分析 与试验研究嘲 ． 大连理工大学＇ ０ 年 ２ ７ ０ 重要的因素 ， 应特别注意腹板的 区域性作用。 计 算必须考虑预应力侧 向作 用 ， 向预张拉力假 侧 作者简 介 ： 杨世 荣（ ６ －男、 １ ９） 河南洛阳人 。 ９