连续弯小半径箱梁桥支座平面布置的研究分析

何黎 张丽娟

【摘 要】主要研究连续弯小半径箱梁桥支座平面布置，从支座形式的选择、不同支座布置方案恒载作用、性能调节等方面，讨论了连续弯小半径箱梁桥支座平面布置策略，对提高连续弯小半径箱梁安全性稳定性有着重要的意义。

【关键词】小半径箱梁 支座 平面布置

弯箱梁桥有着独特的受力结构，截面重心线和剪力中心线不重合，载荷作用下会发生“弯-扭-耦合作用”，梁体内外受力不均，在服役年限内受到温差载荷和车辆偏心载荷以及制动力的影响，容易产生横桥向位移和扭曲，导致很多连续弯小半径梁桥发生了梁体爬移、扭转等问题，缩短了桥梁的使用寿命，可能会造成桥梁伸缩缝发生严重的剪切破坏，支座失效，造成梁体失稳，严重威胁桥梁的安全性。连续弯梁桥设计过程中，支座平面布置主要依靠全桥力学计算公式决定，对桥体内力分布有着重要影响，设计中需要重点考虑这个问题。

一、支座形式选择

小半径弯梁桥弯扭耦合效应导致桥梁支座不仅仅承受竖向支撑约束，还受到主梁扭矩作用，受到外载荷产生横向水平力的影响，保证梁体横向和平面内稳定，所以对支座的结构强度和布置的要求较高。

弯梁桥支座主要有以下几种常见支座布置方式：

1.两端点设置双支座，中间设置铰支撑。

2.两端设置双支座，中间跨设中心铰支撑，并设置双支座。

3.两端点设置双支座，中间设置偏心铰支撑。

4.两端设置抗扭支撑，中间设置偏心支撑。

连续弯梁桥的中间支座有单支座、双支座两种，布置支座时，如果两端均设置双支座，中间墩设置单支座，单支座无法传递主梁扭矩到基础，连续梁形成了全桥的扭转跨度，在梁端出现最大扭矩。为了控制梁体扭矩，可将单支座设置为偏心结构，将单支座中心偏移到曲线外侧，单支座产生的反力会抵消一部分偏心力矩，降低梁端的扭矩峰值。

偏心单支座预偏心量的设置是降低扭矩峰值的关键，根据工程经验，认为弯桥抗扭图面积绝对值之和最小时预偏心值比较理想，但是也有研究人员持不同意见。与此同时，梁体的扭转变形也需要重点考虑，通过调整墩柱支撑位置，将恒载下的扭转变形降至最低，并且梁体支座位置不能脱空，维持梁体在一个平衡状态。设计预偏心量时，需要调整墩柱偏心，获得曲线梁恒载下的扭矩值，控制截面扭转角，让支点和跨中截面扭转角度数值上尽量接近，获得双支座内外侧支座大小尽量相等的支反力，调整主梁维持在一个理想的平衡态。

二、不同支座布置方案恒载作用计算

（一）扭转变形

中间桥墩有双支座和单支座两种形式，设置不同的中间桥墩外径偏移距离，计算主梁内外侧挠度和主梁内外侧挠度：

通过计算，发现偏移量相同情况下，双支座的内外侧挠度差值小于单支座，然而跨中挠度使用双单支座时变化量很小，所以可以认为，设置双支座能够显著改善跨中扭矩，但是不会对中跨跨中弯矩产生较大影响。

相同支座类型情况下，主梁内外侧挠度差和径向外偏成正比，但是不同斜率情况下，偏移量越大，不同支座类型支座对主梁内外侧挠度差影响非常大，单支座通过设置合理的预偏量能够获得接近双支座的效果，然而小半径弯桥考虑更多的是径向稳定性以及制作径偏值，所以，应该选用双支座形式。

（二）支座反力

同样比较双支座和单支座两种中间桥墩形式，钢墩底支座反力为恒载值减去支座反力，根据计算成果，发现不同支承方式、不同偏移工矿下，支座内外侧支反力总和基本恒定，而内外侧支反力的分配会随着工矿不同而发生变化。

中间桥墩设置为双支座，内外侧支反力之和维持不变，和设置偏移量的单支座支反力相同，但是应该注意到单支座受到不同径向偏移时支反力变化线为平直线，反力值相对稳定，中间桥墩双支座径向外移内侧支座和外侧支座反力逐渐趋于平衡，表明小半径箱梁桥选择双支座形式，并设置一定径向位移，能够获得比较有利的反力情况。

（三）自振特性

同一支座类型不同偏移工矿下，结构的自振频率基本恒定，同一种支承形式下，支座径偏距离不会对结构刚度产生较大影响。不同偏移工矿下，不同支座类型的自振频率有较大不同，后阶自振频率差值较小。不同支座类型相同径偏距离时同阶自振频率误差基本恒定，使用双支座，结构的自振频率要高于单支座。

（四）恒載、汽车载荷作用

比较单支座、双支座形式在不同中间桥墩支座外径向偏移距离下的汽车载荷和恒载布置，结果如下：

梁中段内外侧挠度差能够直接反应主梁扭矩大小，单支座不设置径向偏移，最不利工况下内外侧挠度差较大，但是径向外偏线线性变化相当于外加扭矩线性变化，主梁内外挠度差变化也为线性。双支座中间桥墩能够减小主梁内外侧挠度和内外侧挠度差。所以双支座能够有效降低支座位置的扭矩，支座径向偏移产生的扭曲作用更加平缓。

三、调整支座平面布置性能的设计措施

爬移问题是弯梁在使用过程中产生的横向位移，但是除了横向位移之外，弯梁还会发生扭转，弯梁横向各点径向位移存在差异，需要采取有效措施进行处理。

（一）选择合适支座平面

使用圆心角表示弯梁弯曲程度。曲率半径不同的连续弯箱梁桥梁合理支座平面布置方案也是不同的。曲率半径较小时为了提高全桥整体稳定性，除了中间墩，其余墩需要设置轴约束，能够有效降低径向位移，特别是弯梁的横向扭转。曲率半径较大时弯梁的受力特性基本相当于直线桥梁，桥轴线截面径向位移较小并且基本接近，降低了弯箱梁体体系温差作用造成的径向位移和横向扭转，避免了弯梁横向各点径向位移差异。

（二）抗爬移挡块

弯箱梁桥服役过程中在温差荷载和车辆载荷作用下，会发生梁体侧向位移。梁体之间的摩擦力是支座对梁体的径向约束的主要来源，该摩擦力导致梁体径向位移不能完全恢复，积累作用会消除梁体的稳定性。为了消除不安全因素，合理设置支座的同时，也可以设置一些特殊构造，例如在弯箱梁端设置侧向限位挡块，可以限制梁端径向位移，有效阻止支座和伸缩缝破坏。

（三）提高弯箱梁抗扭能力

提高抗弯梁抗扭能力能够显著提高桥梁的安全性，在梯度温度、梁体自重和车辆载荷等的综合影响下，梁体扭转变形赋值较小。条件允许情况下，连续弯箱梁全桥设置抗扭支座能够显著提高桥梁抗扭能力。在特殊情况下，可以选择轻盈、美观的独柱墩支承，调整支座平面，获得更高的抗扭能力。

【结束语】支座平面布置影响到连续箱梁桥抗爬移能力，对桥梁整体结构力学传递模式和计算图示非常关键，是获得桥梁更合理受力形式的主要设计措施。

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