某公路小半径曲线梁桥设计分析

邓世超 徐 懿 龙 云

(1.贵州智华工程建设有限责任公司，贵州 贵阳 550006； 2.贵州建设职业技术学院，贵州 贵阳 550006)

某公路小半径曲线梁桥设计分析

邓世超1徐 懿2龙 云1

(1.贵州智华工程建设有限责任公司，贵州 贵阳 550006； 2.贵州建设职业技术学院，贵州 贵阳 550006)

以某四级公路曲线桥为例，采用Midas/Civil软件，建立了小半径曲线梁桥梁格模型，通过对桥梁受力结果的分析研究，得到了一些有价值的结论，以期为今后类似桥梁的设计建造提供参考借鉴。

曲线桥，模型，支座反力，承载力

0 引言

现阶段，为了提升农村地区经济发展，国家大力推进通村公路的建设。由于通村公路等级低，线形差，弯道多，在桥梁设计中，不可避免的会出现众多曲线桥。由于曲线桥受力的特殊性，如不加以重视，很有可能会造成重大的安全事故，给人民群众及国家带来巨大的损失。

混凝土曲线梁桥成桥后，始终处于弯扭耦合作用的状态下，当弯扭耦合效应过大时，会使曲线梁内外侧受力很不均匀，还可能使其内侧支座完全脱空，梁体向外爬移，出现向一侧翻转、开裂等现象，使其使用性能受到重大影响。

现通过某具体项目建立小半径曲线梁桥梁格模型进行受力分析，以判断其在实际应用中的可行性，为今后此类桥梁设计建造提供参考依据。

1 概述

某四级公路曲线桥，主梁外侧曲线半径R=25.5 m，中线曲线半径R=21.0 m，内侧曲线半径R=16.5 m。上部结构：1 m×16 m整体式现浇钢筋混凝土简支空心板；下部结构：两岸均为重力式U形桥台，桩基础。桥面宽度：8.0 m(行车道)+2×0.5 m(防撞护栏)，全桥宽9.0 m。全桥长26.0 m。桥型布置图见图1，图2，上部结构横断面图见图3。

2 计算采用的参数

1)恒载：一期恒载为主梁重量；二期恒载为桥面铺装及防撞护栏重量。钢筋混凝土容重取26 kN/m3；每侧防撞护栏取7.5 kN/m，铺装层厚13 cm，取27 kN/m。

2)活载：全桥共2个车道，汽车荷载为公路—Ⅱ级。

3)截面及配筋设计：空心板跨中无横隔板，两端各设50 cm实体端横梁。空心板顶板设置85根直径为16 mm的HRB400纵向通长钢筋，平均间距为8.3 cm；底板设置101根直径为25 mm的HRB400纵向通长钢筋，平均间距为10.5 cm。每个腹板设置3肢直径为10 mm的HRB335箍筋，两端各3 m范围按10 cm一排纵向间距设置，中间范围按20 cm一排纵向间距设置。

4)支座设置：两端各设置10个板式橡胶支座，其中一端为固定，一端为活动。

3 建模分析

本文采用Midas/Civil建立有限元梁格模型，共划分519个单元，300个节点。全桥纵向按腹板共划分2道边梁，10道中梁；横向共划分2道端横梁，19道虚拟中横梁，虚拟中横梁截面特性等效于原结构(参考汉勃力的《桥梁上部构造性能》)。

1)本桥属小半径曲线梁(板)桥，安全等级定为Ⅱ级，结构重要性系数γ0=1.0。

2)空心板按钢筋混凝土构件计算。

承载力极限状态组合：

组合a:1.0自重+1.0收缩+1.0徐变+1.4汽车。

组合b:1.2自重+1.0收缩+1.0徐变+1.4汽车。

正常使用极限状态短期效应组合：

组合c:1.0自重+1.0收缩+1.0徐变+0.627 6汽车(不计冲击系数)。

正常使用极限状态长期效应组合：

组合d:1.0自重+1.0收缩+1.0徐变+0.358 6汽车(不计冲击系数)。

短暂状况构件应力计算按标准值组合。

空心板平面结构离散图见图4。空心板横断面梁格划分见图5，空心板整体梁格划分见图6。

4 计算结果

4.1 使用阶段支座反力计算

竖向支座反力见表1。

表1 竖向支座反力 kN

负值表示向下，正值表示向上。

支座反力计算见图7～图11。

4.2 持久状况承载能力极限状态计算

1)使用阶段正截面抗弯承载力验算(见表2)。

表2 主梁抗弯承载力验算

结论：以上为最不利位置，按照JTG D62—2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范第5.2.9条，故主梁抗弯承载力不满足规范要求。

2)使用阶段斜截面抗剪承载力验算。

结论：斜截面抗剪承载力不满足规范要求。

3)使用阶段抗扭验算。

结论：空心板外边梁抗扭验算不满足规范要求。

4.3 持久状况正常使用极限状态计算

1)裂缝宽度验算。

按照JTGD62—2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范第6.4.1条，钢筋混凝土构件在正常使用极限状态下的裂缝宽度，应按作用短期效应组合并考虑长期效应影响进行验算。第6.4.2条，空心板按钢筋混凝土构件进行裂缝宽度验算，按规范规定Ⅰ类环境下，混凝土构件的最大裂缝宽度不应超过0.2mm。

根据计算，上部结构最大裂缝宽度在跨中外侧边梁为0.32mm，故不满足规范要求。

2)挠度验算。

挠度验算按照JTGD62—2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范第6.5.3条，按荷载短期效应组合，考虑长期效应的影响，在消除结构自重产生的长期挠度后梁式桥的最大挠度处不应超过计算跨径的1/600。

根据计算结果，最大验算挠度值为33.7mm，小于容许值26.7mm，故上部结构挠度验算不满足规范要求。

4.4 短暂状况构件应力的计算

按照JTGD62—2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范第7.2.4条，受压区混凝土边缘的压应力均满足规范要求；受拉钢筋的应力均满足规范要求；受弯构件中性轴处的主拉应力均满足规范要求。

5 结语

通过梁格法计算模型分析从而得出以下结论：

1)在偏载情况下，空心板内侧支座反力可能为负值，说明内侧支座已经脱空，而空心板外侧支座反力又远大于其他支座反力，这种情况在设计中应避免。

2)空心板外边梁弯矩、剪力、扭矩、挠度均明显大于内侧截面，设计时须加强外边梁截面及配筋。

综合以上所述，由于半径过小，简支曲线梁桥跟普通的直线梁桥受力差别很大，如果还是按照常规直线梁桥设计将会产生严重的不良后果，设计时，应尽量避免小半径曲线简支梁桥的设计。

[1] E·C·汉勃力.桥梁上部构造性能[M].北京：人民交通出版社，1982.

[2] 邵旭东，程翔云，李立峰.桥梁设计与计算[M].北京：人民交通出版社，2008.

[3] 顾安邦.桥梁工程(上)[M].北京：人民交通出版社，2001.

Analysis on small-radius camber beam bridge design of the highway

Deng Shichao1Xu Yi2Long Yun1

(1.GuizhouZhihuaEngineeringConstructionCo.,Ltd,Guiyang550006,China; 2.GuizhouVocationalCollegeofConstruction,Guiyang550006,China)

Taking the 4-level camber beam bridge as an example, applying Midas/Civil software, the paper establishes small-radius camber beam bridge model, analyzes the bridge stress results, and draws some valuable conclusions, with a view to provide some guidance for similar bridge design in future.

camber beam, model, bearing reaction, bearing capacity

1009-6825(2015)07-0166-03

2014-12-23

邓世超(1980- )，男，工程师； 徐 懿(1974- )，男，高级工程师； 龙 云(1988- )，男，助理工程师

U442.5

A