弯梁直做”的条件907[1]

正交弯梁桥的设计与施工分析 耿 小 平 江苏省交通科学研究院 南京 210017 摘 要 在公路工程的设计与施工中 部分桥梁在路线线型的影响下处于曲线 段 给桥梁的设计和施工增加了相当大的难度 本文就正交弯梁桥 弯梁直做 的条件 设计计算方法和施工特点进行了较详细的分析 关键词 正交弯梁桥 设计 施工 随着我国公路建设等级的不断提高 公路工程对路线平纵面线型的要求越 来越高 不少桥梁在路线线型的影响下处于曲线段 一般为圆曲线和缓和曲线 这给桥梁的设计和施工均增添了相当大的难度 本文试就正交弯梁桥的 弯 梁直做 设计计算方法及施工特点进行分析 1 弯梁直做 的条件 在进行曲线梁桥计算时 应充分考虑桥梁宽度的因素 在车辆荷载的偏载 作用下 宽曲梁桥的扭转作用明显加剧 加拿大安大略省公路桥梁设计规范 简称 OHBDC 是采用 L2 bR 1 0 作为是否可以将曲梁桥按直线梁桥计算的判 别条件 其中 L 为桥梁轴线长度 R 为曲梁桥的曲率半径 b 为桥梁的半宽 例如 某一级公路上的连续弯梁桥的 L 为 40m b 为 7 5m 则 R 应大于 213m 即只有当曲率半径超过 213m 时 此弯梁桥才可按照 弯桥直做 的方法来进行 设计计算 根据 公路工程技术规范 的线型要求 掌握 弯梁直做 这样一 种设计计算方法具有相当广泛的实用意义 2 设计计算分析 2 1 设计参数的选定 根据路线线型的要求 确定梁桥的平曲线形状 选定平曲线要素 再根据 桥梁的使用要求和 公路工程技术规范 确定出弯梁桥的超高及加宽值 进 而确定梁桥在直线段 圆曲线段和缓和曲线段的桥面净宽和超高形式 进行梁 桥的横截面布置 在一般情况下 直线段的横截面布置与路线行车道相同 圆 曲线段的桥面宽度应计入加宽值 而缓和曲线段则需做成加宽渐变段形式 如 图 1 2 2 桥型的确定 在曲梁桥中 应用得比较广泛的是连续梁和简支梁 受曲线线型的限制 连续弯梁桥一般选用箱梁 附加异性边梁 为最佳方案 而简支梁桥 则以选 用空心板梁 附加异性边板 为最佳方案 2 3 平面线型的布置 弯梁桥的平曲线线型可以通过改变翼板宽度或既改变翼板宽度又改变底板 宽度等两种方法来进行调节 1 改变翼板宽度调节线型 因圆曲线段虽在内侧经过等值加宽 但仍是 等宽桥 故在此段以这种处理方法调节线型效果较好 如图 2 2 既改变翼板宽度又改变底板宽度调节线型 多项公路工程的设计和施 工实践表明 对于缓和曲线段即加宽渐变段采用此方法效果较好 经这种方法 处理后 在弯梁桥内外侧需使用异性边板 如图 3 图 1 桥面宽度变化示意图 其中 1 是外侧板 2 10 是中板 11 是内侧板 其中 1 是外侧板 2 9 是中板 10 是内侧板 HT6H 图 2 圆曲线平面布置图 图 3 加宽渐变段平面布置图 2 4 设计计算分析 对于 弯梁直做 的梁桥 其设计计算方法基本与直线梁桥相同 但是 由于弯梁桥在横截面方向上的各块非等截面空心板 以简支弯梁桥为例 具有 不等的截面刚度 故在进行活载内力计算时 荷载横向分布系数不可以直接查 阅铰接板法的图表 而应从基本原理出发来分析不等刚度板梁的受力情况 确 定其荷载横向分布系数 下面试就区别于直线梁桥的一些特点加以分析 2 4 1 计算梁长 L 因为每片梁内外侧的长度不一致 所以建议在设计时采用平均梁长作为每 片梁的计算梁长 2 4 2 计算每片梁的抗弯惯矩 I 和抗扭惯矩 I T 对于内外侧的两边梁 因其截面刚度沿桥的轴线方向在变化 故建议参考 李国豪 石洞主编的 公路桥梁荷载横向分布计算 一书 以内外两边梁的换 算刚度 I I T 代替其 I 和 IT 设 得出 式中 Ic ITc 跨中截面的抗弯惯矩及抗扭惯矩 I0 IT0 支点截面的抗弯惯矩及抗地惯矩 2 4 3 计算荷载横向分布影响线 ki 根据材料力学和计算公式 可以得出每块板梁的跨中挠度 Wi I4i 4EIi 跨中扭角 i biI2i 2 2GITi 下面根据力法基本原理进行分析 见图 4 图 4 铰接板法基本结构图式 由图 4 基本结构 可得出力法正则方程式 其常系数为 1i 2 Wi bi 2 i i 1 2 n 1 其余常系数均为零 其荷载系数为 当 p 1 作用在第一号板时 1p W1 2p n 1 p 0 当 p 1 作用在第 n 号板时 n 1 p Wn 1p 2p n 1 0 当 p 1 作用在第 i i 1 且 i n 号板时 1p Wi I 1 p Wi 1p 2p i 1 p 0 i 1 p n 1 p 0 将以上系数代入力法正则方程 即可利用高斯方程程序 上机分别求出当 p 1 作用于第 1 2 n 号板时的铰接力为 方程式共计 n 组 每组有 n 1 个铰接力 然后根据荷载横向分布影响线 的定义 求出用于计算荷载横向分布系数 m 2 4 4 离心力的考虑 当弯梁桥的曲率半径 R 大于 250m 时 可以不计离心力的作用 当 R 小于等 于 250m 时 必须计入离心力对结构物受力的影响 根据 公桥规 离心力的作用点可直接移至桥面 但对 独柱墩式 的 弯梁桥结构 作此简化是偏于不安全的 因此在设计时 建议离心力以如下方 法考虑 如图 5 所示 先将离心力 PC 移至桥面上 并采用力矩 Mc 代替外扭矩 或再将 Mc 用竖直 力表示 则 Pcv Mc a 2 4 5 经济性的考虑 因为弯梁桥的内外侧边梁的尺寸往往比中梁结构的尺寸大得较多 从经济 性出发 笔者建议将内外侧边梁及中梁进行分别设计 3 施工特点 3 1 测设放样 由于曲梁桥在平面和纵横断面上的变化较大 因而在施工放样 标高控制 中线控制等方面都会增加许多麻烦 应予反复检查 严格要求 另外 在进行 预制底模控制时 如果内外侧边梁因跨径悬殊必须设置不同的预拱度时 应对 其底模进行严格的标高控制 图 5 离心力作用图式 3 2 超高处理 曲梁桥的超高处理一般有两种方法 超高值较小 且在桥宽不大的情况 下 建议将超高直接设置在桥面铺装上 当超高值较大时 建议将一部分超 高设在桥面铺装上 另一部分超高设在墩台顶面上 当超高值不太大时 也可 直接将超高全部设在墩台顶部 3 3 边板处理 对于预制的弯梁构件 其构件重心位置可能位于构件轴线以外 一般出现 在内外侧边梁 在堆放时极易失稳倾覆 需增设临时支撑 即使构件的重心 位置位于构件的轴线以内 而在施工过程中 当桥面横向联结尚未形成而一些 预制小构件如缘石 人行道板等已搁置于内外侧边梁的情况下 也可能引起构 件的倾覆 因此 建议在施工内外侧边梁时 每隔 5m 左右预埋一块钢板 当架 设完成后 利用短废钢筋将边梁与相邻梁连接在一起 以防止倾覆破坏 3 4 主梁预制 因曲梁桥每一孔的各根主梁的构造尺寸不同 故施工时必须在每一根主梁 上注明是某孔某号主梁 以防吊装时出现错误 3 5 吊装 吊装最好使用大吨位吊车 在无此机械时 可利用导梁来吊装 但在轨道 的铺设以及方位角的调整上要严格认真 3 6 美观处理 在宁扬封闭工程的十五里墩立交桥施工中 预制主梁的曲线线型调节采用 4m 一段的折线型 外侧轮廓流线上出现了一定的问题 影响其美观效果 后在 新城立交桥施工中 利用实际曲线线型来控制翼板帮板的制作 克服了上述缺 点 取得较好的效果 4 结束语 1 对于 L2 bR 1 0 的情况 其平面布置方式仍可采用上述方法 但有关 设计计算的方法必须参考有关弯梁桥设计理