浅析曲线梁桥设计

　　摘要：曲线梁桥因其自身优点日益被采用。本文就曲线梁桥的设计从计算图式、跨径布置、下部构造设计、横截面设计和横隔板设置等方面进行阐述总体设计应考虑的因素，供同行借鉴参考。

　　关键词：公路，曲线桥，设计要点

　　曲线梁桥具有美观、伸缩缝少、行车舒适、受力合理等优点，是现代桥梁设计中经常采用的一种桥型，特别是在城市立交桥中或受地形地物条件限制时必需采用的桥型，中间墩可采用独柱墩，非常符合城市立交的轻巧美观、占地少的要求。现代城市立交桥中的曲线梁桥主要以预应力连续曲线梁桥为主，并得到广泛的应用，跨度有逐步加大的趋势。

　　1计算图式

　　为了分析简单起见，设计中选取上部结构计算图式一般为：

　　l)曲梁桥平面线型为单段圆弧或分段圆弧线之组合；

　　2)各支承均为径向布置，即通常所说的扇形曲线梁，或正弯梁桥。分析时可采用圆柱坐标系、曲线坐标系或流动直角坐标系，这样桥中线和支承线均能与坐标方向一致，计算较简便。

　　支承分为固定铰支承、固定支承、点铰支承三种。固定铰支承就是能抗扭而无抗弯约束的铰支承，常用的固定铰支承即为沿桥径向布置的双支座，就是具有抗扭约束的单铰支承。固定支承就是抗弯约束的支承，即墩梁固结；点铰支承就是无抗扭、抗弯约束，具有两个点点铰支承的简支弯梁桥是一种不稳定体系，当沿桥中轴线，恒载和活载不对称时，梁体会发生扭转，倾覆。所以，梁桥必须至少有一个固定铰支承和一个点铰支承才能保持结构的静力稳定。对于曲线梁，因其变形不同于直线梁，在支承布置时，还需根据实际情况，确定支承约束，而且计算模型应尽量与实际情况吻合，以免造成设计偏差。

　　2跨径布置

　　曲线桥的跨径布置原则与直线桥基本相同，主要是跨越障碍物，如江河、道路、地下管线等，按照地形地物进行布设的布设。

　　l)边、中跨比可参照直线桥取值，范围一般为0.6-0.8，当采用钢筋混凝土结构时，边、中跨比值可略取大些；当采用预应力钢筋混凝土结构时，由于有效的预应力在梁两端较大，在梁中间段较小，故边、中跨度比值可略取小些，受力较为合理。

　　2)曲线梁桥每联的长度不宜过长，由于曲线梁桥具有“弯、扭祸合”的特性，故扭转跨径不宜过大，这样有利于施工和设计，也有利于预应力钢束的布置。曲线梁桥每跨跨度的大小，与平面曲线半径和梁的支撑约束有着很大的关系，平面曲线半径大时，跨度可适当加大，当平面曲线半径较小时，应适当减小跨径，减少扭矩引起的内力；当梁支承约束抗扭刚度大时，例如在墩上横桥向设双支座，或横桥向为双柱墩、墩梁固结等，跨度可适当加大，当仅在每联梁端设置抗扭支承，而在中间墩仅采用点铰支承的独柱墩时，每跨的跨度就不宜过大，以免扭矩过大，而造成梁截面设计不合理不经济。设计时应根据实际情况来确定跨径，必要时还需通过计算比较最终确定。

　　3)一般在跨径确定时，桥跨径在30m以下时，宜采用钢筋混凝土结构；跨径大于等于30m时宜采用预应力钢筋混凝土结构，每联长度宜小于150m。

　　3下部构造设计

　　立交工程中桥梁墩台通常设计为轻型桥台、柱式桥墩。跨越主道或桥梁半径较小时，桥墩常设计为独柱墩，采用独柱墩有利于桥梁的墩位布置，占地范围小，有利于桥下空间的利用及桥型美观，建在水中的独柱墩还有阻水小的优点。其余部位可根据情况设计成独柱墩或双柱墩。由于独柱墩抗扭性能差，对采用分联的多联连续梁，在联与联之间的连接处须采用抗扭性能好的双柱墩或板式墩。对于匝道上曲线梁桥，因其桥宽较窄，则较多采用了在独柱式的窄墩上支承箱梁的构造型式，从平面上来看，由三根独柱墩作为一组支承体系，是一个稳定体系，可有效地来抵抗外扭矩，在梁体构造上，可利用支承点在横桥向偏移调整，即设预偏心，以使沿纵桥向在横截面上所产生的内扭矩得到调整。

　　预应力混凝土曲线梁桥，特别是城市立交桥梁，为美观需要，桥墩处一般不设置盖梁，而将梁直接支承在桥墩上，在各支承处梁内设置“隐形盖梁”。

　　　4横截面设计

　　混凝土曲线梁桥可采用的横截面形式很多，应根据桥梁的跨径、宽度、建筑高度的要求、支承形式、施工方法、桥面超高方案和总体布置情况，合理地选定主梁的横截面形式，以便减轻结构自重、增大跨越能力、节省材料用量、简化施工方法、改善截面受力性能等。故合理地选择弯梁桥的横截面形式，具有十分重要的意义。

　　关于混凝土曲线梁桥的横截面形式，在原则上与直梁桥并没有本质上的差异，但由于在受力特性方面曲线梁桥的扭矩较大，对横向抗倾覆稳定性要求较高，在构造上的不对称性比较突出，所以在选定弯梁桥的横截面形式时应予以充分考虑。

　　常用的横截面形式有：板式、肋板式、肋式和箱式等。

　　曲线梁跨径较小时常采用板式截面，其构造简单，施工方便，是较常用的截面形式之一。为了节省材料，在中、小跨径的曲线梁桥中也有时采用肋板式或肋式截面。

　　随着桥梁的发展，桥梁跨径的加大，箱形截面越来越多的被采用，特别是在连续曲线梁桥中。箱形横截面主要有以下特点：

　　l)箱形为闭口截面，抗扭刚度大；

　　2)有顶板和底板，可以在跨中或支座部位有效的抵抗正负弯矩；

　　3)挖空率高，材料用量少，结构自重小，截面应力分配合理。曲线桥中的弯扭刚度比K=El/G1。对结构的受力状态和变形状态直接相关，K值愈大，则因曲率因素而导致的扭转变形也显著增大，因此，在满足竖向变形的条件下，宜尽量减小抗弯刚度EI的值，而增大抗扭刚度Gl的值，所以在断面设计过程中应选用高度较低、抗扭惯矩较大的梁，采用箱形截面最为合理。与直线桥截面形式类似，曲线桥箱形截面设计时多采用单箱单室、单箱双室、双箱单室、双箱双室等。

　　用于匝道、定向的连续曲线梁桥，绝大部分为单向双车道汽车专用桥梁，桥面宽度一般在10m左右，此时，采用单箱单室截面十分合理，这种截面受力清楚，易于分析。当桥梁较宽时，常采用分离式或单箱多室截面，这样可以不必布置横向预应力筋，使构造设计变得简单，且不需要增大顶、底板的尺小，也便于纵向预应力钢束的布置。