关于城市立交桥的曲线异形箱梁空间探讨

阮祥 茹剑锋

摘要：随着经济的迅速发展以及科学技术水平的不断提高，我国的城市化进程不断加快，各种新建筑逐渐建立起来，在这些建筑之中，城市立交桥有着十分重要的作用与地位，它直接关系到城市的交通建设与人们的出行方便。在建筑业当中，城市立交桥的曲线异形箱梁空间一直是人们讨论激烈的问题，很多学者对其进行了研究。本文就针对城市立交桥的曲线异形箱梁空间进行研究与探讨。

关键词：城市立交桥； 曲线异形梁桥； 空间

中图分类号：U448文献标识码： A 文章编号：

1.城市立交桥的结构形式特点

在对城市立交桥进行建立之前，需要充分做好调研工作，确保所建造的立交桥能够满足道路线型的要求。一般情况下，城市立交桥常常需要修建成曲线和异形变宽的桥型结构，通常以粱式桥为主。而在城市立交桥的建设过程中，往往会受到诸多方面的限制，主要是桥下的净空以及景观的限制，因此，需要对立交桥的高度进行有效的控制，通常将梁高控制在1~2m之间，而跨径在20~50m之间。多采用预应力结构、由等高度的弯、坡、斜异形结构组成，这足城市立交桥的功能与性质所决定的。但在近几年来随着经济的发展以及城市化进程的加快，人们对立交桥建设提出了更高的要求，桥梁的建设标准有所提高，曲线箱梁和异形箱梁的宽跨比有了较为明显的提高。目前状况下，城市立交桥的建设在地面上大多为多层立体交叉的曲线桥，而且这类立交桥具有交叉角度小的特点。为了对斜交曲线梁跨径进行有效的减少，并在一定程度上对其受力状态进行改善，现在往往采用独柱单支点的曲线连续箱梁结构，即对原来的斜桥施工进行一定程度的改变，按照正桥进行施工。这样一来，不仅可以对曲线桥与道路相交斜角甚锐的矛盾进行有效的解决，同时又能够克服斜桥在结构处理上的不足与缺陷。

2.曲线异形桥梁结构构造特点

曲线异形梁的主要受力特点如下：首先，梁体会受到一定程度的竖向弯曲，而与此同时，它又会受到曲率的影响，并发生扭转的现象，进而使得梁体发生一定程度上的变形。然后，在这一弯扭耦合荷载的作用之下，曲梁又会具有与直线梁存在差异的特点。曲线预应力混凝土箱梁的构造形式与直线预应力混凝土箱粱有不少相似之处，但它本身是曲线桥，因此在结构的受力状态方面存在着一定成对上的差异。除此之外，在支承的形式上，曲线桥通常采用的有全部为抗扭支承、两端为抗扭支撑中间全部为单支点铰支承以及中问既有单支点铰支承又有抗扭支承的混合式支承三种。对于多跨曲线连续梁桥，全部为抗扭支承与中间为点铰支承的，两者在荷载作用下的弯矩和剪力值差别甚小，曲率的变化对弯矩值的影响也只有1％～2％，但对扭矩的影响，则随曲率的增大而加大。近几年来，在一些城市，在对立交桥进行建设时，已经采用独柱单支点连续箱梁桥结构。这种结构就是在中间设置独柱式单支点曲线连续梁，这样一来，在上部结构中扭矩不能通过中间单支点支承传至基础，而只能够由曲桥两端设置的抗扭支承来传递。而在这种情况之下，连续梁的全长成为受扭跨度。曲线箱梁中扭矩的效应除通过恰当偏置独柱支点，合理布设预应力筋，借以调整曲梁扭矩分布外，通常还考虑由箱梁截面中的普通钢筋来承受扭矩的作用。因此，与一般的直线桥相比，曲线箱梁桥顶板、底板和腹板中的纵向受力钢筋、横向钢筋、箍筋、抹角的八字筋以及水平分布钢筋等不仅要考虑到全桥计算和构造上的需要，适当加强，在沿多室箱梁支座附近各腹板在箱梁顶、底板纵向受力钢筋之间还应根据主拉应力的需要布置附加斜筋。

3.结构仿真分析

处于桥梁结构特点的考虑，因为它会受到场地、设备等多方面的限制，因此在进行仿真试验分析时只能选择比例较小的试验开展，但这样一来就不能对结构的实际情况进行准确而有效的反应。尤其是对参数对结构的影响时，需要进行大量的试验，而如此大量的实验必然会消耗大量的时间与材料，并不是一种十分良好的试验方法。针对这一问题，我们在进行课题的研究时，对计算机仿真技术进行了有效的使用，通过在计算机之上进行仿真试验，可以对结构的实际大小进行有效的足尺试验，并可以进行随时修改，具有较大的便捷性。

桥梁结构的分析具有一整套流程，在进行试验时，需要按照顺序进行，不可遗漏一个部分，它是从从平面计算到空间计算、从线性计算到非线性计算、从局

部模型计算到全桥模型计算的过程。近几年来，随着经济的发展以及科学技术水平的提高，桥梁结构的分析方法与分析手段有了很大程度的改善，诸如有限单元计算分析、全桥结构仿真分析等方法有着较大的优势。一般情况下，对一座桥梁结构进行仿真分析需要完成以下几个方面的工作：

①首先，需要建立起一个全桥的统一分析体系，然后在此基础之上对整座桥梁所有承载构建的模型进行有效的建立。这一模型所包含的内容必须有由实体、板壳、梁、杆、索等多种单元，同时，这写模型要求能够对构件的空间位置、几何尺寸、连接形式、本构关系、荷载作用、初始内力和初始变形等进行准确而有效的模拟。

②优化选择合适、可靠的数值分析方法(如有限元法)，并对上述模型进行具有一定规模的全桥结构效应计算，并通过准确的计算得到较为详细、准确、可靠的分析结构。

③借 助丰 富有效的图形显示软件对计算所输出的大量数字信息进行可视化处理，使计算者能直接看到全桥各部位的位移、应力、应变等计一算结果的分布图像，从图像上直接进行分析、判断，来获得有用的结论。

综合上面的要求，在进行全桥结构仿真分析时，要求能够对具有一定规模的计算模型进行有效的建立，在得出计算结构之后，还应该对其进行合理而有效的处理，这一过程往往具有较高的复杂性。同时，在进行全桥结构仿真模拟之时，可以基于传统桥梁分析计算，并对桥梁的施工以及营运的过程进行有效模拟，弥补传统桥梁分析计算理论的不足，甚至可以部分替代小比尺桥梁模型试验。

4.实例分析

4.1 工程概况

我们选择了某立交桥作为研究对象，它为为三层定向式全互通立交，匝道桥最大跨经40米。桥梁上部结构采用钢筋砼和预应力砼连续箱梁。主要分为四个匝道：。A匝道采用28+35+28m预应力混凝土连续箱梁，曲线半径80米，梁高1.6米。B匝道采用20+37+20m预应力混凝土连续刚构，曲线半径120米，梁高1．8米。C匝道采用30+40+32+29米预应力混凝土变截面连续箱梁，曲线半径60米，梁高1．4～2．4米。D匝道为28+28+28+28米预应力混凝土等截面连续变宽箱梁，梁高1．6米。

4.2技术指标

具体指标见表1：

表1：立交桥主要技术指标表

4.3 城市立交桥的曲线异形箱梁空间探讨

①利用桥梁专用软件，对该桥做出以下分析计算:恒载内力的分析计算、附加

荷载内力的分析计算、预应力效应的分析计算、活载效应的分析计算、混凝土徐变和收缩效应的分析计算。

②研究探讨模拟预应力效应的方法。在常规理论分析计算的基础上，根据研究对象立交桥及高架桥的施工设计图，按照全桥结构仿真分析的主体思想，运用

ANSYS的前处理模块建立完整、详尽的全桥结构模型。其中分别用三维实体单元模拟混凝土梁体及腹板等、用空间杆单元模拟预应力束。

③采用所建立的分析模型，详细分析计算桥梁在恒载效应、预应力效应、温差

效应下的受力和变形，并将其与常规理论分析计算的结果进行分析比较。针对一些受力复杂的部位进行更深入地分析研究，认识曲线异形梁桥结构和受力的特殊性。

5.结束语

本文主要针对城市立交桥的曲线异形箱梁空间进行研究与探讨。首先，分别对城市立交桥的结构形式特点以及曲线异形桥梁结构构造特点进行了介绍。然后在此基础之上，阐述分析了城市立交桥的曲线异形箱梁空间结构的仿真分析。希望我们的研究能够给读者提供参考并带来帮助。

作者简介

姓名：茹剑锋

学位：工学学士、文学学士

工作：从事桥梁专业设计工作9年

业绩：工作期间参与了多条高速，城市立交的桥梁设计，对大跨径连续梁及桥梁加固设计有深入的研究

姓名：阮祥

学位：工学学士

工作：从事桥梁专业设计工作8年

业绩：工作期间参与了多条高速，城市立交的桥梁设计，对大跨径连续梁及桥梁加固设计有深入的研究