小半径曲线连续箱梁桥设计

曲智超　党强　陈子涛

摘要：随着经济建设的发展，在公路和市政工程中，由于地形限制，为了减小建设用地和征地拆迁，小半径曲线桥梁，尤其是小半径曲线连续箱梁桥修建越来越多。由于连续箱梁的受力和结构特点，在小半径曲线桥梁中得到了广泛的应用。文章主要对小半径曲线连续箱梁桥设计要点进行了简要分析，以供参考。

关键词：小半径；曲线；连续箱梁桥；设计

引言

在社会经济快速发展城市交通建设需要大量的高架桥、立交桥但受城市地形条件及交通功能需求的限制大部分采用曲线桥梁。其中连续钢箱梁由于具备跨越能力大、可焊性好、容易更换、省工期以及施工技术相对比较成熟等突出优势，经常被用于城市高架桥的匝道桥设计之中，其作为适用的主要结构形式，在我国很多城市桥梁建设中都获得了广泛的应用。

1小半径曲线连续箱梁桥设计

1.1小半径曲线连续曲线钢箱梁的特征

和一般的桥梁形式相比，连续曲线钢箱梁桥具有一系列独特的特征，比如，针对连续曲线钢箱梁的跨径来说，在30-60 m时，一般选用等高度的箱梁断面就能够满足立交桥的总体布置要求。连续钢箱梁有以下一些明显的特点：（1）钢结构的自重质量较轻，其质量要远远小于混凝土连续结构。（2）鋼材具有较高的抗拉压性能，容易通过调整钢板的厚度来满足弯矩分布的不规则。（3）梁的高度小和跨度大能够较好地适应总体布置的要求。（4）钢箱梁采用工厂加工制作，临时墩支撑，分段吊车安装就位，施工方便快捷，对现况道路交通影响小。（5）钢箱梁加工复杂，技术要求高，需要专业的加工队伍，造价和后期维护费用较高。

1.2小半径曲线梁桥受力特点

小半径曲线桥在汽车荷载、自重和温度荷载等多方因素作用下，会出现弯矩、扭矩，且相互影响，导致上部主梁横截面处出现扭矩和弯矩共同作用的情况，其主拉应力要比跨径直梁桥大很多。在扭矩和弯矩相互影响、共同作用，与同跨径直线桥相比，小半径曲线桥出现变形的情况较为严重，出现弧线外边缘挠度比内边缘的要大。由于汽车偏载的影响，对比直线桥与曲线桥的支点反力，弧线外侧的支点要比内侧的更大。半径过小易出现负反力，致使运营期支座与梁体脱空。将影响结构非线性温差的因素及混凝土的徐变、收缩等充分考虑进去。故而小半径曲线桥在进行结构选型时可以采用一般的钢筋混凝土结构，这样可以避免纵向预应力出现径向力的情况发生。

1.3小半径曲线梁桥设计特点

小半径曲线梁桥受力特性与直线桥梁对比较为复杂，结构的抗扭、抗弯承载力更高，故结构设计过程中，优先选用抗扭刚度强、整体性能好的现浇箱梁，并且在合理设置中横隔板。下部结构不仅承受汽车制动力J=部恒载力、地震力、冲击力、非线性温度的内力等，还要承受在车辆离心力所产生的横向剪力。墩梁固结方式能够将上部扭矩传递至下部结构，在采取这一措施前，应先验算下部结构，保证墩顶与梁底固结面积足够。

和相同跨径直线桥对比，小半径曲线箱梁不仅度承受纵向的弯矩，还需承载较大的横向弯矩和扭矩。故在实际设计中，应适当加强纵向抗裂钢筋、横向分布钢筋及纵向受力钢筋。以墩梁固结措施为基础，对墩支点向曲线外侧进行横向偏心的设置，这样能重新分配曲线梁桥恒载扭矩，把上部结构中的荷载转移至下部结掏，让恒截扭矩值得有效降低，避免负反力的情况出现。

当各跨圆心角>35℃后，设置在梁底中心的支点扭矩要比设置偏心的情况大14%左右。此时，在中间设置独柱式单支点，上部结构中所存在的扭矩，不能通过中间单支点进行传递，只能通过曲线桥两端中所设置出的抗扭支撑进行传递，因此，小半径曲线桥梁应当设置支座时，应尽量避免设计单支座。

1.4小半径曲线梁桥支承布置方式

曲线梁桥的支承布置，既要承受传递上部恒载和活载引起的竖向力和水平力，同时必须能够承受由自重和活载偏载等因素所产生的组合扭矩作用。抗扭支承常由多个（n≥2）横桥向支座组成或者采用墩梁固结。在支承形式上，小半径曲线梁桥通常采用3种布置形式：

（1）全部采用抗扭支承。增大了抗扭约束，有效减少了上部梁体扭转畸变；对于端部支座支反力比较均匀，增强了结构的抗倾覆性。缺点为下部结构显得拥挤，特别是对于桥下空间比较紧张的城市立交桥，给下部构造从美观、空间利用及工程经济方面带来不利。

（2）两端设置抗扭支承，中间设单支点铰支承（通常所说的独柱单支座）。独柱式柔墩有利于墩顶位移，在温度变形、混凝土收缩、徐变和预加力变形时，对于弯梁桥来说，其纵向变形主要地可由拱轴线的挠曲变形来实现，故将中墩布置成独柱式柔墩是合理的。同时节省了桥下空间，从美观上也收到良好的效果，但目前国内外已经出现了好多起曲线梁桥发生倾覆的事故，造成了人员的伤亡和财产的损失。独柱墩桥梁的破坏主要有以下两种情况。有一弊端就是对上部结构抗扭约束较小，在偏载及预应力的作用下，产生的扭矩不能通过中间支承传至基础，而只能通过曲梁两端抗扭支承来传递，从而易造成曲梁端部产生过大扭矩，导致端部支座的受力严重不均，甚至会出现支座脱空现象，从而导致上部结构梁发生倾覆。独柱墩受到较大水平推力而发生弯压破坏，从而导致整桥的垮塌。

（3）两端设置抗扭支承，中间既有单支点铰支承，又有抗扭支承的混合式支承。

2工程案例分析

2.1工程概况

某桥梁总长度约为220m，桥梁宽度约为9m，其环岛处曲线半径为17m，桥梁上构为钢筋砼现浇箱梁，下构为柱式墩、埋置式台。箱梁横断面采用单箱双室，梁高1.4m，箱梁顶宽8.3m，悬臂长1m，箱梁底宽6.3m，顶板厚度为0.2m，底板厚度是0.2-0.4m，腹板的厚度为0.4-0.6m。

2.1各项参数计算

相关设计标准设计荷载：城-B级；温度荷载：各结构体系温度相差在25eC左右，梯度温度应结合具体规范沥青铺装指标进行有效加载，其桥面宽度为8.3m。利用Midas/Civil软件，深入分析和研究各个结构所建立的模型，特别是第三联环小岛，只有17.5m的最小半径，若采用常规直线桥梁的设计方法，无法满足抗扭承载力的实际需求，应采取一定构造措施，并通过试算实时调整构造尺寸。2.2选取结构类型为了确保桥梁抗扭和抗弯承载能力能满足具体实施规范的要求，建立全桥三维模型计算，并结合计算所得结果完成调整构造的工作。

2.2优化设计

以原单箱单室设计为基础，调整其横断面为单箱双室，对梁高进行相应的调整，从原来的1.2m调整为1.4m，这样能让上部结构具有更强的抗扭能力。对沿河两岸设立的连个独柱墩进行相应的调整，完成其横向偏心设置，该设置结构以墩梁固结结构为主，并验算墩柱的抗弯承载能力。原设计中的本联只是圆弧段，通过计算结果得，两端支座反力有较大的相差，更有负反力出现，在进行结构调整时不能更好的满足抗扭的要求。故需重新进行全桥的分联设计，分别在原圆弧段两端加上一段直线段桥跨，并把上部和桥梁连接车库的部分连为一体，让其抗扭能力得到提高。

结束语

综上所述，在设计小半径曲线梁桥过程中，其计算过程较为复杂，预应力效应、温度效应和活载等因素都会影响着曲线桥梁计算结构。但在有限元分析下，能够很准确、有效的掌握各个结构体受力状况，结合各个曲线梁受力状况，并有目的、有计划的制定出措施，这样才能设计出经济又适用的曲线桥梁。