小半徑曲線梁橋設計要點

校飛燕，邢 亮，張河錦

（余姚市交通設計院，浙江余姚315400）

1 工程概況

為適應鐵路部門“全封閉、全立交”的要求,拆除原平交道口并在原道口位置西側新建一座上跨立交橋，由于受平面線形的限制，上跨主橋采用25m+36m+36m+25m預應力混凝土連續彎箱梁。

2 設計標準

（1）設計荷載：公路-Ⅱ級；

（2）溫度荷載：結構體系溫差±22℃，溫度梯度參照10 cm瀝青鋪裝參數；

（3）橋面凈寬：8.0m；

（4）設計車速：40 km/h。

3 設計參數

3.1 箱梁構造

橋梁上部結構為四跨一聯預應力混凝土連續曲線箱梁，位于在圓曲線和緩和曲線上，曲線半徑最小為80m。分跨布置為：25m+36m+36m+25m=122m。主梁為單箱單室箱梁，梁高在第一跨由1.4m漸變為2.0 m，在第三跨又由2.0 m漸變為1.4m；梁高為跨徑的1/17。頂板寬8.0m，底板寬4.0 m，箱梁翼板懸臂2.0 m，腹板厚50 cm，頂.底板厚20 cm。支點處設橫隔梁，中橫隔梁寬2.0 m,端橫隔梁寬1.0m。箱梁跨中橫斷面見圖1。

3.2 預應力布置

箱梁采用單向預應力體系。縱向預應力筋采用高強度低松弛鋼絞線(12-7ф5及7-7ф5)，鋼束均為一端張拉。箱梁跨中預應力鋼束布置見圖1。

3.3 支座布置

由于本橋曲線半徑較小，結構在荷載作用下，彎扭偶合作用明顯，結構扭矩較大。為減小扭矩，在各墩均設置雙支座。支座布置示意見圖2。

3.4 防崩鋼筋設置

小半徑曲線梁橋的縱向預應力鋼束沿箱梁腹板平面曲線線型變化而布置成水平曲線，預應力鋼束對混凝土產生較大的徑向力，它除對相鄰兩預應力束之間的混凝土產生局部承壓作用外，還對預力束與箱梁內弧側之間的混凝土產生崩彈作用，故這種徑向力對箱梁腹板的受力是很不利的。為了解決這個問題，在鋼束布置時，相鄰兩預應力鋼束之間留有14 cm的混凝土厚度，箱梁腹板留有18 cm的混凝土厚度保護層來抵抗這種側向崩彈力，同時在腹板內設置防崩鋼筋。防崩鋼筋示意見圖3。

4 設計要點

（1）小半徑曲線梁橋的構造形式與直線梁橋有不少相似之處，但由于它是曲線梁橋，其結構受力的特點不同，在構造處理上也相應有其較多特點。

（2）由于曲線梁橋比直線梁橋的受力復雜，對結構的抗彎、抗扭性能要求高于同跨徑的直線梁橋，故采用整體性好、抗扭剛度大就地澆注的連續箱形梁橋比較好。

（3）彎橋異以直線橋梁受力的主要因素為：圓心角（反映主梁的彎曲程度）、橋梁寬度與曲率半徑之比、彎扭剛度比、扇形慣性矩EIω。設計時對于以上因素綜合分析，以確保計算的精度。

（4）小半徑曲線梁橋的梁高大于跨徑的1/18時，是比較經濟的。在特殊情況下也不應小于跨徑的1/22。

（5）由于混凝土的收縮、徐變涉及的因素較多，每個工程中混凝土的材料、級配不盡相同，要很精確的計算出混凝土收縮、徐變對小半徑曲線梁橋的作用較難。故在設計小半徑曲線梁橋，最好采用普通鋼筋混凝土結構。對于預應力混凝土曲線梁橋，縱向預應力筋采用高強度低松弛鋼絞線，但鋼束一般不大于12-7ф5，壓應力應小于12 MPa，拉應力小于1 MPa，為預應力A類構件即可。

（6）與一般的直線橋相比，曲線箱梁橋頂板、底板和腹板中的縱向受力鋼筋、橫向鋼筋、箍筋、水平分布鋼筋都要考慮到全橋計算和構造上的需要，并適當加強。

（7）在預應力混凝土曲線梁橋中設置防崩鋼筋。

（8）在支承形式上，小半徑曲線梁橋通常三種布置形式：a.全部采用抗扭支承。b.兩端設置抗扭支承，中間設單支點鉸支承。c.兩端設置抗扭支承，中間既有單支點鉸支承，又有抗扭支承的混合式支承，下部墩柱當與之相匹配。

對于多跨小半徑曲線連續梁橋，全部為抗扭支承與中間為點鉸支承的，兩者在荷載作用下的彎矩和剪力值差別甚小，而且曲率的變化對彎矩值的影響也只有1%～2%；，但對扭矩的影響，則隨曲率的增大而加大。當各跨圓心角大于30°時，中間設單支點鉸支承的扭矩控制值比全部為抗扭支承的扭矩控制值要大15%左右。在中間設獨柱式單支點曲線連續梁內，上部結構的扭矩不能通過中間單支點支承傳至基礎，而只能由曲線橋兩端設置的抗扭支承來傳遞。在此情況下連續梁的全長成為受扭跨度，這也是我們常常所說的扭矩的傳遞作用。必然造成曲線橋兩端抗扭支承處產生過大的扭矩，造成曲線梁端部內側支座脫空，所以在必要時，須對多跨橋梁中間墩設置兩支點的抗扭支承。

如果在中間墩點支承向曲線外側方向預設一定偏心值，就可以調整曲線梁橋的梁體恒載扭矩分布，有效地降低兩端抗扭支承的恒載扭矩值。但這一措施對減少活載扭矩的影響較小，這是由于活載引起的扭矩中車輛偏載占了很大一部分。

（9）必要時可在墩頂設置限位擋塊或采用墩梁固接的辦法來限制曲線梁橋的梁體徑向位移。

5 結語

（1）小半徑曲線梁橋的設計計算比較復雜，其溫度效應、預應力效應、活載的影響面加載都不同于直線橋梁的計算。但通過高精度的有限元分析計算，可以較為準確地掌握其結構的受力行為。針對其不同于直線梁的受力特點，在設計中采用相應的有效措施，是可以設計出較為可靠且經濟適用的曲線橋梁的。

（2）小半徑曲線梁橋實際設計中多用雙柱墩提供抗扭支承,而用獨柱墩通過預設支座偏心調整主梁扭距分布。這種經濟、合理的措施在城市高架橋,特別是曲線匝道的設計中被廣泛應用。但獨柱墩在偏載作用下常常容易產生支座脫空及梁體傾斜等安全隱患，所以設計者應對此類結構橋梁進行偏載條件下進行空間有限元分析,以確保結構安全，并在此基礎上采取必要的結構措施。