獨柱支承的曲線梁橋設計
發布時間：2010-01-14 共4頁
【摘 要】本文論述了曲線架橋設計過程中所遇到的一些實際問題，并提出了一些解決方法。介紹了曲線橋梁的受力特點，論述了曲線梁橋調整墩柱偏心的平衡設計方法，分析了不同支承形式和預應力鋼束對曲線梁橋受力的影響，另外對曲線梁橋的施工和構造要求進行了論述。
【關鍵詞】曲線梁橋 平衡設計 最大扭轉角 扭轉變形 預應力鋼束徑向力
一、概述
目前曲線梁橋在現代化的公路及城市道路立交中應用已非常普遍。尤其在立交的匝道設計中應用最廣。由于受地形、地物和占地面積的影響，匝道的設計往往受到多種因素限制。這就決定了匝道橋具有以下特點：首先匝道有別于主干道，所以匝道橋的寬度比較窄，一般匝道多為一或兩車道。寬度在6～11m左右。第二，由于匝道用來實現道路的轉向功能，在城市中立交往往受到占地面積的限制，所以匝道橋多為小半徑的曲線梁橋，平曲線最小半徑可在30m左右，曲線匝道橋上多設置較大超高值。第三，在大型立交中匝道的規模有時也在增大，匝道橋往往設置較大縱坡，匝道不僅跨越下面的非機動車道，有時還需跨越主干道，這就增大了匝道橋的長度。
在曲線梁橋下部結構設計時，為減少占用土地、改善下部結構布局、增加視野和橋形美觀，其下部墩往往往采用獨柱支承方式。這種形式的曲線梁橋受力狀態較為復雜，所以在設計過程中，必須對其結構受力特點有充分的了解，全面綜合考慮各種因素對主梁及撤往的不利影響。在全國范圍內，此類橋型結構目前已出現多次因設計原因而在施工或使用過程中發生事故；其中有的引起主梁開裂；有的引起墩柱開裂；還有的引起主梁向外偏轉或向內偏轉而使支座脫空；有的已經全橋拆除；給國家造成巨大經濟損失。
綜上所述，對于獨柱支承曲線梁橋的設計，必須引起充分重視，并使用空間分析程序對其上下部結構進行全面的整體的計算。下面就曲線梁橋設計中遇到的一些實際問題進行分析與論述。
二、獨柱支承曲線架橋結構受力特點
曲線梁橋受力特點是相對于直橋而言的，由于主梁的平面彎曲使得下部結構墩往的支承點不在同一條直線上，從而造成曲線梁橋的受力狀態與直橋有著很大差別。構成了其獨有的受力特點。
首先對直橋而言，在主梁自重和預應力鋼束作用下，由于荷載是對稱的，對主梁并不產生扭矩和扭轉變形。但是在曲線梁橋中，由于自重和預應力荷載作用所產生的扭矩和扭轉變形是不容忽視的，預應力鋼束徑向力產生的扭轉作用相當大。在大曲率、較大跨徑的曲線梁橋中，主梁組合最大扭矩值有時可達縱向最大彎矩值的50％以上。
由于橋梁下部結構采用獨柱支承方式，因此交承點的位置對結構受力尤為重要。此外由于獨柱支承曲線梁橋中門支點抗扭能力弱，所以必須在橋梁兩端部設置抗扭支承，以增加橋梁的整體穩定性。由于主梁的扭轉傳遞到梁端部時，會造成端部各支座橫向受力分布嚴重不均，甚至使支座出現負反力。還有汽車荷載的偏心布置及其行使時的離心力，也會造成曲線梁橋向外偏轉并增加主梁扭矩和扭轉變形。
綜合以上曲線梁橋受力特點，故在獨柱支承曲線梁橋結構設計中，應對其進行全面的整體的空間受力計算分析，只采用橫向分布等簡化計算方法，不能滿足設計要求。必須對其在承受縱向彎曲、扭轉和翹曲作用下，結合自重、預應力和汽車活載等荷載進行詳細的受力分析，充分考慮其結構的空間受力特點才能得到安全可靠的結構設計。
三、下部支承方式對曲線梁橋內力影響
曲線梁橋的不同支承方式，對其上、下部結構內力影響非常大，根據其結構受力特點一般采用的支承方式為：
1．在曲線梁橋兩端的橋臺或蓋梁處采用兩點或多點支承的支座，這種支承方式可有效地提高主梁的橫向抗扭性能，保證其橫向穩定性。
2．在曲線梁橋的中墩支承處可采用的支承形式很多，應根據其平面曲率、跨徑、墩柱截面和墩柱高度及預應力鋼束作用力的不同來合理地選用支承方式。經常采用的支承方式有：
（1）墩頂采用方板或圓板橡膠支座，這種方式適用于中墩支反力10000kN以下曲線梁橋梁，板式橡膠支座能夠提供一定的抗扭能力，對梁有較弱的扭轉約束，水平方向容許有剪切變形。
（2）對于中墩支反力接近或超過10000kN的曲線梁橋可采用單向、多向活動或固定的盆式支座或球形支座。這種支座可根據其受力需要固定或放開某方向的水平約束，但是這種支座對主梁的扭轉沒有約束，這時主梁在橫向和縱向可自由扭轉。
（3）采用雙柱中墩，或在選用矩形寬柱上設置雙點支承。這種支承方式對主梁可提供較大的扭轉約束。
（4）采用獨柱墩頂與梁固結的方式，墩柱可承擔一部分主梁扭矩，對主梁的扭轉變形有一定約束。
采取不同的支承方式對曲線梁橋的上、下部結構受力影響很大，針對不同的橋梁結構應選用對結構受力有利的支承方式。通過以往的曲線梁橋設計經驗發現不同的支承方式主要影響主梁的扭矩值和扭矩沿梁縱向的分布規律，以及主梁的扭轉變形和墩柱的受力狀態。下面將舉例說明不同支承方式對曲線梁橋的受力影響。
例1某曲線梁橋（圖1），橋梁跨徑為30*2＋33＋30*2＋20＝173m，中段有R＝33m（橋梁中線）的圓曲線段，最大圓心角為183°，整個橋梁位于道路回頭曲線內。橋梁橫截面為單箱單室箱形預應力混凝土梁，梁高1．65m，中墩全部采用獨柱，墩柱頂部放置板式橡膠支座。設計中采用空間計算程序進行了詳細的受力分析，其中對各中墩單點支承和雙點支承（支
