小半径曲线梁桥设计要点

校飞燕，邢 亮，张河锦

（余姚市交通设计院，浙江余姚315400）

1 工程概况

为适应铁路部门“全封闭、全立交”的要求,拆除原平交道口并在原道口位置西侧新建一座上跨立交桥，由于受平面线形的限制，上跨主桥采用25m+36m+36m+25m预应力混凝土连续弯箱梁。

2 设计标准

（1）设计荷载：公路-Ⅱ级；

（2）温度荷载：结构体系温差±22℃，温度梯度参照10 cm沥青铺装参数；

（3）桥面净宽：8.0m；

（4）设计车速：40 km/h。

3 设计参数

3.1 箱梁构造

桥梁上部结构为四跨一联预应力混凝土连续曲线箱梁，位于在圆曲线和缓和曲线上，曲线半径最小为80m。分跨布置为：25m+36m+36m+25m=122m。主梁为单箱单室箱梁，梁高在第一跨由1.4m渐变为2.0 m，在第三跨又由2.0 m渐变为1.4m；梁高为跨径的1/17。顶板宽8.0m，底板宽4.0 m，箱梁翼板悬臂2.0 m，腹板厚50 cm，顶.底板厚20 cm。支点处设横隔梁，中横隔梁宽2.0 m,端横隔梁宽1.0m。箱梁跨中横断面见图1。

3.2 预应力布置

箱梁采用单向预应力体系。纵向预应力筋采用高强度低松弛钢绞线(12-7ф5及7-7ф5)，钢束均为一端张拉。箱梁跨中预应力钢束布置见图1。

3.3 支座布置

由于本桥曲线半径较小，结构在荷载作用下，弯扭偶合作用明显，结构扭矩较大。为减小扭矩，在各墩均设置双支座。支座布置示意见图2。

3.4 防崩钢筋设置

小半径曲线梁桥的纵向预应力钢束沿箱梁腹板平面曲线线型变化而布置成水平曲线，预应力钢束对混凝土产生较大的径向力，它除对相邻两预应力束之间的混凝土产生局部承压作用外，还对预力束与箱梁内弧侧之间的混凝土产生崩弹作用，故这种径向力对箱梁腹板的受力是很不利的。为了解决这个问题，在钢束布置时，相邻两预应力钢束之间留有14 cm的混凝土厚度，箱梁腹板留有18 cm的混凝土厚度保护层来抵抗这种侧向崩弹力，同时在腹板内设置防崩钢筋。防崩钢筋示意见图3。

4 设计要点

（1）小半径曲线梁桥的构造形式与直线梁桥有不少相似之处，但由于它是曲线梁桥，其结构受力的特点不同，在构造处理上也相应有其较多特点。

（2）由于曲线梁桥比直线梁桥的受力复杂，对结构的抗弯、抗扭性能要求高于同跨径的直线梁桥，故采用整体性好、抗扭刚度大就地浇注的连续箱形梁桥比较好。

（3）弯桥异以直线桥梁受力的主要因素为：圆心角（反映主梁的弯曲程度）、桥梁宽度与曲率半径之比、弯扭刚度比、扇形惯性矩EIω。设计时对于以上因素综合分析，以确保计算的精度。

（4）小半径曲线梁桥的梁高大于跨径的1/18时，是比较经济的。在特殊情况下也不应小于跨径的1/22。

（5）由于混凝土的收缩、徐变涉及的因素较多，每个工程中混凝土的材料、级配不尽相同，要很精确的计算出混凝土收缩、徐变对小半径曲线梁桥的作用较难。故在设计小半径曲线梁桥，最好采用普通钢筋混凝土结构。对于预应力混凝土曲线梁桥，纵向预应力筋采用高强度低松弛钢绞线，但钢束一般不大于12-7ф5，压应力应小于12 MPa，拉应力小于1 MPa，为预应力A类构件即可。

（6）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、水平分布钢筋都要考虑到全桥计算和构造上的需要，并适当加强。

（7）在预应力混凝土曲线梁桥中设置防崩钢筋。

（8）在支承形式上，小半径曲线梁桥通常三种布置形式：a.全部采用抗扭支承。b.两端设置抗扭支承，中间设单支点铰支承。c.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，下部墩柱当与之相匹配。

对于多跨小半径曲线连续梁桥，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，而且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。当各跨圆心角大于30°时，中间设单支点铰支承的扭矩控制值比全部为抗扭支承的扭矩控制值要大15%左右。在中间设独柱式单支点曲线连续梁内，上部结构的扭矩不能通过中间单支点支承传至基础，而只能由曲线桥两端设置的抗扭支承来传递。在此情况下连续梁的全长成为受扭跨度，这也是我们常常所说的扭矩的传递作用。必然造成曲线桥两端抗扭支承处产生过大的扭矩，造成曲线梁端部内侧支座脱空，所以在必要时，须对多跨桥梁中间墩设置两支点的抗扭支承。

如果在中间墩点支承向曲线外侧方向预设一定偏心值，就可以调整曲线梁桥的梁体恒载扭矩分布，有效地降低两端抗扭支承的恒载扭矩值。但这一措施对减少活载扭矩的影响较小，这是由于活载引起的扭矩中车辆偏载占了很大一部分。

（9）必要时可在墩顶设置限位挡块或采用墩梁固接的办法来限制曲线梁桥的梁体径向位移。

5 结语

（1）小半径曲线梁桥的设计计算比较复杂，其温度效应、预应力效应、活载的影响面加载都不同于直线桥梁的计算。但通过高精度的有限元分析计算，可以较为准确地掌握其结构的受力行为。针对其不同于直线梁的受力特点，在设计中采用相应的有效措施，是可以设计出较为可靠且经济适用的曲线桥梁的。

（2）小半径曲线梁桥实际设计中多用双柱墩提供抗扭支承,而用独柱墩通过预设支座偏心调整主梁扭距分布。这种经济、合理的措施在城市高架桥,特别是曲线匝道的设计中被广泛应用。但独柱墩在偏载作用下常常容易产生支座脱空及梁体倾斜等安全隐患，所以设计者应对此类结构桥梁进行偏载条件下进行空间有限元分析,以确保结构安全，并在此基础上采取必要的结构措施。