对连续曲线箱梁桥设计的体会分析

张玲

摘 要：连续曲线箱梁桥结构的桥梁自引入我国后，推动了我国桥梁建设的发展，为桥梁建设事业做出重要的贡献，促进了我国经济的发展。曲线箱梁桥具有弯扭耦合的力学特显，并对决定了桥梁的变形以及支反力、梁体受力、墩台受力三个力量的变化特点。文章最后简单叙述了连续曲线箱梁桥设计和计算时要注意剪力滞效应、支座脱空、径向力效应三个问题。

关键词：连续曲线；箱梁桥；设计

引言

连续曲线箱梁桥结构是当前许多城市的立交桥或者高架桥结构中使用最为普遍的一种，这种结构类型的桥梁具有很强的适应能力，即使在地形和地物情况恶劣的条件下依旧能够保证线条的平顺和流畅。连续曲线箱梁桥结构从引入我国之后，就得到了快速的发展。例如我国的福州市，我国的福州市自上世纪90年代初期第一建设普通的钢筋混净土连续曲线箱梁桥结构的城市桥梁之后，这种结构的已经成为福州市桥梁的主要结构，这种结构的桥梁给福州市带来显著地社会和经济效益。作者根据多年的普通钢筋混凝土连续曲线箱梁桥结构的桥梁建设经验，谈谈对连续曲线箱梁结构的桥梁设计体会。

1 预应力混凝土连续曲线箱梁桥的现实意义

预应力混凝土连续曲线箱梁桥结构的桥梁是当前我国桥梁建设中较为普遍的一种方式，也是较为先进的技术手段，从我国运用预应力混凝土连续箱梁结构桥梁的实践经验来看，这种结构的桥梁很大程度上提升了我国桥梁的质量和性能，在我国桥梁建设发展事业中发挥了巨大的作用，推动了我国经济的发展。在对桥梁施工前，相关人员必须对桥梁建设的各种客观环境和因素进行具体、综合的分析，并根据客观环境和因素做出科学合理的桥梁结构设计，可以有效地提高施工的效率和质量[1]。

2 曲线箱梁桥的力学特性及其产生的问题

曲线箱梁桥最主要的力学特性就是截面出现弯扭耦合状况，并长期处于该状态。与直线梁桥不同，直线梁桥只需要保证桥梁的荷载不偏心，桥的梁就不会出现扭转的情况。但是曲线箱梁桥结构的桥梁不同，荷载是否出现偏心的状况，都会导致桥梁出现同时弯矩和扭转，并且弯矩和扭转会相互影响和相互作用，最终导致截面出现弯扭耦合的情况。在弯扭耦合作用状态会引起桥梁的变形以及支反力、梁体受力、墩台受力三个力量的变化。

第一，变形方面，当曲线箱梁桥处于弯扭耦合作用状态时，曲线箱梁桥会出现变形和弯曲两种变形叠加的状况，因此，曲线箱梁桥变形的程度要远远大于直线梁桥的变形程度，而且梁的外侧变形的程度也大于内侧变形的程度，变形严重的梁会出现梁端翘曲变形的情况。当梁端的横桥向约束力小于一定程度时，梁体可能会出现向曲线外侧侧滑。除此之外，单项行驶结构的曲线箱梁桥的主梁在长期汽车离心力和制动力的影响下会出现水平错位的情况，错位的一般有两个，一是曲线外侧方向，二是汽车制动力方向[2]。

第二，支反力，曲线梁桥的支反力的变化趋势可以分为两类：曲线箱梁内侧变小趋势和外侧变大趋势。如果出现曲率半径、恒载小于一定程度或者活载出现偏置的情况，都有可能会引发曲线箱梁桥的内侧支座出现负反力的情况。一点支座的承受能力低于产生的拉力，支座容易出现脱空的情况甚至梁体和支座相互脱离。

第三，梁体受力。曲线箱梁桥结构的桥梁不同，荷载是否出现偏心的状况，都会导致桥梁出现同时弯矩和扭转。受扭矩的影响，曲线箱梁桥的内两会卸载扭梁体的受力，而外梁会超负荷承受梁体的受力，尤其是曲率半径不大且桥面宽的曲线箱梁桥，梁体内梁和外梁受力不同的情况会更加严重。

第四，墩台受力。受支反力不同的影响，曲线箱梁桥墩柱的轴向压力也会有很大的不同，影响墩顶的水平受力除了汽车的制动力以及气温差异引起的内力作用之外，墩顶的水平力同时也受离心力以及预应力的影响，并在离心力和预应力综合作用下形成径向力。由于曲梁的切线方向并不一致，这也导致汽车制动力在下部结构的分配计算更为复杂。

3 连续曲线箱梁桥设计应注意的问题

3.1 要重视剪力滞效应

垂直荷载无论作用在箱形梁横向的任何位置，都存在纵向弯曲荷载，而且荷载还呈现出对称的特点。在对称荷载的影响下，箱梁的上下两翼的缘板在经过剪切变形处理之后，弯曲应力在箱梁上的分布会不均衡。因此，在实际计算的连续曲线箱梁桥结构时，要将箱梁的上下两翼板的有效宽度也纳入计算范围。但是，在具体操作中，有部分桥梁工程是在计算连续曲线箱梁桥结构时并未将上下两翼板的有效宽度纳入计算范围，而是采用全截面乘与1.15片偏载系数的近似的计算方法计算。近似计算方法存在两个自身无法解决、完善的缺陷，第一，1.15系数只适用于某些情况，而并非适用于所有连续曲线向量桥的结构计算，存在某些1.15系数并不适用的特殊情况，而且一些特殊情况下适用1.15系数会出现片不力的现象；第二，这种计算方法出的曲线箱梁桥结构并不完全正确，不能真正反映剪力滞效应和有效分布宽度两者之间的真正差异[3]。

3.2 支座脱空问题

连续曲线箱梁桥承受的弯矩和剪力的大小和直梁桥承受的弯矩和剪力的大小相比虽然差距不大，但是，在扭矩值上的差距就非常明显。经常表现为弯矩和剪力差距不大，扭矩值可能存在倍数级别的差别，而且墩台支承处是最大扭矩值出现几率最大的位置。虽然一些中墩的布置方式为一根墩柱的单支座模式，但是会在两边的墩旁会布置成双支座。在扭矩的强大作用力下，边墩的支座的弯曲半径不大的情况下，尤其是靠近曲线箱梁圆心一侧的边墩的弯曲半径不大，更加容易出现支座脱空的状况。在设计连续曲线箱梁桥可以采取以下的办法解决支座脱空问题。

第一，在支座出现负反力的情况下，可以采用设置拉力支座的方法解决负反力的情况，从而解决支座空的情况；第二，或者采用Y型或者双支座方式来设计中墩，可以更容易解决支座脱空的线形，而且效果比设置拉力支座的方式更好。虽然采用Y型或者双支座型设计中墩会增加工程的工作量，但是可以有效的缓解曲线梁桥的上部结构主梁的受力，减少了脱空问题的出现，也可以灵活地布置中墩支座。第三，预应力作为单项荷载，在梁端径向约束情况下，将曲线箱梁桥的预应力看作为单项荷载，并且受梁端径向约束，也可以一定程度缓解支座脱空的情况，但是缓解的效果不够明显。

3.3 连续曲线箱梁桥的径向力效应

在傳统的线路曲线箱梁桥设计中，通常都会将支座固定或者把定向活动支座的位置设置于中墩处，两边的墩处也会设计有径向约束。但是外在的离心力、制动力以及温度都会对影响支座，并在支座的径向约束的作用下性径向力。径向力的大小会和箱梁桥的弯矩半径的大小呈反比，半径越大，径向作用力反而却小。因此，在连续曲线箱梁桥设计中要重视径向力的效应。

4 结束语

依据多年的连续曲线箱梁桥设计的经验，在设计和计算曲线箱梁桥的结构时，要根据建设桥梁的客观条件来选择合适的设计理论，但是不能忽视剪力滞效应给箱梁桥设计带来的影响。与此同时，还要重视支架脱空以以及径向力的问题，制作的设计布置一定要科学合理，以减少支架脱空问题。虽然采用Y型或者双支座方式来布置支座会给桥梁的建设增加一定的工程量，但是要看到这种支座布置方式在解决支座脱空和径向力效应上的作用，设计人员要综合考虑各方面因素来制定设计方案。

参考文献

[1]满建琳.钢混凝土组合曲线连续箱梁桥静力性能与应用研究[D].重庆交通大学，2013，05（13）：56-58.

[2]黎振源.曲线箱梁桥的车-桥耦合振动分析[J].福建建设科技，2013，04（15）：70-71.

[3]孙铁钢，贺铁飞.支承方式对曲线箱梁桥结构受力影响的分析研究[J].中国市政工程，2011，06（14）：12-13.