异形梁桥设计探讨

郭才广

（中铁第四勘察设计院集团有限公司 武汉 430063）

在城市高架桥和立交枢纽工程中，存在较多的异形桥梁，平面一般表现为人字形和裤衩形，往往由直线梁和曲线梁以各种方式相结合，跨径大都在20～40m。传统的规则梁、板构件已不能适应桥梁对线形的要求。为了满足结构设计经济合理和桥宽适应车道变化，立交桥往往采用各种平面异形的现浇板或梁，特别是在主桥与匝道的分（合）点多采用异形变截面曲线桥，以达到力学和美学上的双重要求。

由于构造的特点造成了异形箱梁桥与一般箱梁桥有着很大的差别，分叉桥上行车线路交叉重叠，活载作用下的相互影响会造成各支点横向受力分布不均，甚至出现超载或脱空现象。同时异形结构空间效应显著，支承条件任意，受力状态复杂，具有弯扭耦合的特性。了解此类桥梁的空间受力特性，是确保设计质量的基础。下面结合设计实例，对异形梁桥设计中的一些常见问题进行探讨。

武汉三环线在与珞瑜东路交叉互通中，因受地形条件及城市既有地面道路限制，共设计有4片分叉梁，并采用不等高腹板调节桥面横坡。为节省材料及降低桥梁建筑高度，门式墩盖梁采用箱梁横梁外伸形成挑臂。由于主桥采用双柱墩，为保持视觉上的连续性及从美观考虑，在分叉梁匝道与主桥的结合段范围内，主桥下仍布设双柱墩。

1 孔跨布置

由于该立交第2～6联位于互通第一层，桥面距离地面高度在10～15m之间，同时考虑地形、地质条件，根据平原区梁桥最适宜的跨高比1．618拟定桥梁跨径采用20m，并在主桥及匝道桥分叉（会合）点设置桥墩。其中第3联与第5联反对称，第2联与第6联反对称，但匝道接入主桥段孔跨数及门式横梁设置位置略有不同。异形梁平面布置见图1。

图1 异形箱梁平面布置图

孔跨布置时，墩柱一般设置在桥面变宽点、主桥与匝道的分（合）点以及对应地面方便立墩柱的地方。由于主桥与匝道桥分（合）点受力及构造复杂，且匝道与横梁一般为斜交，为保证结构整体性及稳定性，该处一般为固结。由于地形条件限制（如既有或规划道路），无法在支座处设置墩柱，为避免孔跨过于凌乱，城市立交桥多采用门式墩，将箱梁横梁外伸形成门式墩盖梁则是降低桥梁高度的有效途径，从力学、美学及经济角度考虑，都是不错的选择。

2 箱梁分室

在桥面变宽段，为维持箱梁外观在视觉上的连续性，一般保持箱梁悬臂等长，采用箱室变宽进行拟合。中腹板定位方式采用平行外腹板和折线过渡相结合的方式，必要时可通过在个别较宽箱室增设腹板来缩小该箱室开间距离，保证结构安全。分室同时要考虑桥面实际车道的位置，如能保证轮迹线位于腹板附近为最佳。结合弯箱梁的受力特点，异形箱梁外侧腹板或曲线外侧腹板的厚度一般设计较厚，而靠内侧的腹板、与岔道箱梁连接的腹板则相对较薄。

跨间横隔板的布置对于保证箱梁各室的共同工作和防止多室箱梁横断面的畸变尤为重要。本例跨径及桥宽均较小，可不设跨间横隔板。对于桥宽较大、箱室较多（一般3个或以上）时，宜根据跨径加设一道或多道跨间横隔板，以增强箱梁横向刚度。

3 异形梁分联

由于异形梁平面的不规则性，且多为分叉或变宽，结构受力十分复杂，故异形梁的分联不宜过长，一般为60～90m，孔跨不宜过多，一般为3～4跨，采用2跨或5跨以上情况则相对较少。为保证伸缩缝与梁垂直或不出现折线横梁，往往将分叉或变宽部分划在同一联内，以减少同一工程范围内异形梁联数。

从图1可见，第2联及第6联异形梁匝道部分梁长较长，致使结构质心与形心偏离较远，在支承位置相对固定的情况下，对异形梁整体稳定性不利；尤其是匝道梁刚度相对异形梁主体部分较弱，导致匝道梁受力环境较差。从结构安全和受力合理上考虑，宜将第2联异形梁匝道部分的末端2孔断开，将其划分给相邻的下一联，断开处可设T形墩，如受桥下被交道净空限制无法设置盖梁，也可采用I形墩，同时箱梁端设置牛腿进行过渡。第2联重新分联后平面布置见图2。

图2 第2联异形箱梁重新分联后平面布置图

同理，宜将第6联异形梁匝道部分的末端1孔从门式横梁中心断开，划分给相邻的下一联，门式墩柱顶根据横梁布置做顺桥向局部扩头，原来放1个支座的地方改放2个并排支座，伸缩缝仅在桥面范围设置，第6联异形箱梁重新分联后平面布置见图3。

图3 第6联异形箱梁重新分联后平面布置图

结构计算表明，重新分联后，上述2联异形梁的结构形心更靠近其质心，对支座沉降及温度变化等适应性增强，梁体稳定性及结构受力大为改善。

4 结构计算

采用桥梁博士v3．2的斜弯桥模块做异形梁的结构计算，同时采用3D－BSA’2006对比分析计算。对于此类异形箱梁的结构计算，目前设计院最常用的是梁格法，因为无论从工作效率、还是保证工程可靠度方面考虑，梁格法都是首选。

在箱梁横向划分梁格时，一般根据汉勃利提出的原则，即应当使划分以后的各工形的形心大致在同一高度上［1］。对于有腹板的箱型、T形梁桥，其梁格模型中纵向主梁的个数应当是腹板的个数。对于实心板梁，纵向主梁的个数可按计算者意愿决定［2］。按此原则划分，可使计算结果更接近于实际值。

由于主桥与匝道桥分（合）段的门式墩共设置了3个支座，且间距相差较大，由活载作用下的相互影响造成横梁各支点受力不均，出现超载或脱空现象。以第3联8号墩横梁为例，见图4。

图4 第3联8号墩横梁立面图

出于景观上考虑，1，2号墩柱采用主桥柱间距，且1，2，3号墩柱在材料、尺寸外观等方面一致。计算表明，由于1，2号墩柱较2，3号墩柱距离小很多，在运营状态下，2号墩支座出现超载情况，1号墩柱支座出现负反力，即所谓的支座脱空。从结构安全考虑，本次在盖梁上部1～2号墩柱之间加了预应力束1，利用预应力筋1产生的次反力消除部分2号墩支座的支反力，从而达到1，2号墩支座均匀受力的目的。

5 结语

由于预制结构的构件种类繁多、模板复杂及施工麻烦，故异形桥多采用现浇连续板或多室箱异形梁，就是利用其整体性好、翼缘伸臂长、结构抗扭刚度大、外观简洁、建筑高度小和便于用梁格法分析的优点。适宜的孔跨布置、分联点选取及箱室构造在异形梁设计中尤为重要，可以大大降低设计及结构计算的难度，并减小后期使用的维护费用。这些均没有现成的规章可循，需要设计者在实际工作中不断地总结和摸索。

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

［2］ 孙广华．如何用梁格法计算曲线梁桥［J］．桥梁，2006（5）：36－39．