独柱支承的曲线梁桥设计

本文档下载自360文档中心，更多免费文档请访问网址HTTP/WWW360DOCSNETHTTP/WWW360DOCSNET/DOC/INFO3F2595142AF90242A895E560HTML独柱支承的曲线梁桥设计独柱支承的曲线梁桥设计何维利（北京市政工程设计研究总院）【摘要】本文论述了曲线架桥设计过程中所遇到的一些实际问题，并提出了一些解决方法。介绍了曲线桥梁的受力特点，论述了曲线梁桥调整墩柱偏心的平衡设计方法，分析了不同支承形式和预应力钢束对曲线梁桥受力的影响，另外对曲线梁桥的施工和构造要求进行了论述。【关键词】曲线梁桥平衡设计最大扭转角扭转变形预应力钢束径向力一、概述目前曲线梁桥在现代化的公路及城市道路立交中应用已非常普遍。尤其在立交的匝道设计中应用最广。由于受地形、地物和占地面积的影响，匝道的设计往往受到多种因素限制。这就决定了匝道桥具有以下特点首先匝道有别于主干道，所以匝道桥的宽度比较窄，一般匝道多为一或两车道。宽度在611M左右。第二，由于匝道用来实现道路的转向功能，在城市中立交往往受到占地面积的限制，所以匝道桥多为小半径的曲线梁桥，平曲线最小半径可在30M左右，曲线匝道桥上多设置较大超高值。第三，在大型立交中匝道的规模有时也在增大，匝道桥往往设置较大纵坡，匝道不仅跨越下面的非机动车道，有时还需跨越主干道，这就增大了匝道桥的长度。在曲线梁桥下部结构设计时，为减少占用土地、改善下部结构布局、增加视野和桥形美观，其下部墩往往往采用独柱支承方式。这种形式的曲线梁桥受力状态较为复杂，所以在设计过程中，必须对其结构受力特点有充分的了解，全面综合考虑各种因素对主梁及撤往的不利影响。在全国范围内，此类桥型结构目前已出现多次因设计原因而在施工或使用过程中发生事故；其中有的引起主梁开裂；有的引起墩柱开裂；还有的引起主梁向外偏转或向内偏转而使支座脱空；有的已经全桥拆除；给国家造成巨大经济损失。综上所述，对于独柱支承曲线梁桥的设计，必须引起充分重视，并使用空间分析程序对其上下部结构进行全面的整体的计算。下面就曲线梁桥设计中遇到的一些实际问题进行分析与论述。二、独柱支承曲线架桥结构受力特点曲线梁桥受力特点是相对于直桥而言的，由于主梁的平面弯曲使得下部结构墩往的支承点不在同一条直线上，从而造成曲线梁桥的受力状态与直桥有着很大差别。构成了其独有的受力特点。首先对直桥而言，在主梁自重和预应力钢束作用下，由于荷载是对称的，对主梁并不产生扭矩和扭转变形。但是在曲线梁桥中，由于自重和预应力荷载作用所产生的扭矩和扭转变形是不容忽视的，预应力钢束径向力产生的扭转作用相当大。在大曲率、较大跨径的曲线梁桥中，主梁组合最大扭矩值有时可达纵向最大弯矩值的50以上。由于桥梁下部结构采用独柱支承方式，因此交承点的位置对结构受力尤为重要。此外由于独柱支承曲线梁桥中门支点抗扭能力弱，所以必须在桥梁两端部设置抗扭支承，以增加桥梁的整体稳定性。由于主梁的扭转传递到梁端部时，会造成端部各支座横向受力分布严重不均，甚至使支座出现负反力。还有汽车荷载的偏心布置及其行使时的离心力，也会造成曲线梁桥向外偏转并增加主梁扭矩和扭转变形。综合以上曲线梁桥受力特点，故在独柱支承曲线梁桥结构设计中，应对其进行全面的整体的空间受力计算分析，只采用横向分布等简化计算方法，不能满足设计要求。必须对其在承受纵向弯曲、扭转和翘曲作用下，结合自重、预应力和汽车活载等荷载进行详细的受力分析，充分考虑其结构的空间受力特点才能得到安全可靠的结构设计。三、下部支承方式对曲线梁桥内力影响曲线梁桥的不同支承方式，对其上、下部结构内力影响非常大，根据其结构受力特点一般采用的支承方式为1在曲线梁桥两端的桥台或盖梁处采用两点或多点支承的支座，这种支承方式可有效地提高主梁的横向抗扭性能，保证其横向稳定性。2在曲线梁桥的中墩支承处可采用的支承形式很多，应根据其平面曲率、跨径、墩柱截面和墩柱高度及预应力钢束作用力的不同来合理地选用支承方式。经常采用的支承方式有（1）墩顶采用方板或圆板橡胶支座，这种方式适用于中墩支反力10000KN以下曲线梁桥梁，板式橡胶支座能够提供一定的抗扭能力，对梁有较弱的扭转约束，水平方向容许有剪切变形。（2）对于中墩支反力接近或超过10000KN的曲线梁桥可采用单向、多向活动或固定的盆式支座或球形支座。这种支座可根据其受力需要固定或放开某方向的水平约束，但是这种支座对主梁的扭转没有约束，这时主梁在横向和纵向可自由扭转。（3）采用双柱中墩，或在选用矩形宽柱上设置双点支承。这种支承方式对主梁可提供较大的扭转约束。（4）采用独柱墩顶与梁固结的方式，墩柱可承担一部分主梁扭矩，对主梁的扭转变形有一定约束。采取不同的支承方式对曲线梁桥的上、下部结构受力影响很大，针对不同的桥梁结构应选用对结构受力有利的支承方式。通过以往的曲线梁桥设计经验发现不同的支承方式主要影响主梁的扭矩值和扭矩沿梁纵向的分布规律，以及主梁的扭转变形和墩柱的受力状态。下面将举例说明不同支承方式对曲线梁桥的受力影响。例1某曲线梁桥（图1），桥梁跨径为3023330220173M，中段有R33M（桥梁中线）的圆曲线段，最大圆心角为183，整个桥梁位于道路回头曲线内。桥梁横截面为单箱单室箱形预应力混凝土梁，梁高165M，中墩全部采用独柱，墩柱顶部放置板式橡胶支座。设计中采用空间计算程序进行了详细的受力分析，其中对各中墩单点支承和双点支承（支座间距25M）两种结构形式进行了计算比较，下面是两种结构的扭矩图（图2）。从图中可以看出采用双点支承时，在主梁的自重作用下，扭矩值较单点支承时的值最大可小30，说明双点支座可有效减小主梁自重扭矩；双点支承时，预应力作用下，扭矩值较单点支承的值增大很多，而且扭矩分布规律也发生了变化，说明双点支承增大了主梁预应力所产生的扭矩；在主梁自重与预应力荷载的合成扭矩仍然是双点支承的大。当然这种规律对所有桥梁不一定有普遍性。例2某立交匝道桥，此桥梁为一独柱支承的三跨预应力曲线梁桥，横截面为单箱单室的箱形，墩柱与梁固结，墩柱直径15M。墩柱顶部为一扩大截面（图3），此桥在张拉完钢束拆除施工支架后墩柱出现大量裂缝，造成墩柱破坏，主梁虽