淺談連續彎梁橋設計

萬佳

（吉安市建筑設計規劃研究院，江西 吉安 343000）

隨著高等級公路在路線線形方面的要求越來越高，要求橋梁設計完全符合路線線形，所以橋梁的平面布置，基本上應服從整體線形布置的要求，橋梁縱坡也應服從路線縱坡。為了抵抗梁截面的彎矩和扭矩，在彎梁橋設計中多采用箱形截面。由于橋面超高的需要及梁體受扭時外邊梁受力較大的需要，故可在橋梁橫向將各主梁布置做成不同的梁高。為了構造簡單，方便施工，也可將主梁做成等高度的，其超高橫坡由墩臺頂面形成。

1 橋梁安全性、耐久性差的主要原因

1.1 施工和管理水平低

國內外多座橋梁的突然破壞與倒塌，已使工程界對橋梁安全性問題倍加關注。大量的橋梁在遠沒有達到預期使用壽命時，出現了影響正常使用的病害與劣化；特別是一些橋梁在只使用了幾年、甚至剛建成不久就出現嚴重的耐久性不足的問題，這也與施工質量低下有重要關系，典型的問題有鋼筋保護層不足及目前廣泛存在于施工現場的嚴重的構件開裂問題（主要原因包括：水泥選用、混凝土配合比、振搗、養護不當及預應力施加不合理等）。這些施工上的缺陷雖然短期不會對橋梁的正常使用產生明顯的影響，但卻會對結構的長期耐久性產生非常不利的危害。

1.2 設計理論和結構構造體系不夠完善

在承認施工存在問題的同時，也不可否認，在橋梁設計領域，特別是關于橋梁施工和使用期安全性的問題還有許多可以改進的地方。結構設計的首要任務是選擇經濟合理的結構方案，其次是結構分析與構件和連接的設計，并取用規范規定的安全系數或可靠性指標以保證結構的安全性。

許多設計人員往往只滿足于規范對結構強度計算上的安全度需要，而忽視從結構體系、結構構造、結構材料、結構維護、結構耐久性以及從設計、施工到使用全過程中經常出現的人為錯誤等方面去加強和保證結構的安全性。有的結構整體性和延性不足，冗余性小；有的計算圖式和受力路線不明確，造成局部受力過大；有的混凝土強度等級過低、保護層厚度過小、鋼筋直徑過細、構件截面過薄；這些都削弱了結構耐久性，會嚴重影響結構的安全性。不少橋梁、雖然滿足了設計規范的強度要求，僅用了5～10年就因為耐久性出了問題影響結構安全。結構耐久性不足已成為最現實的一個安全問題，設計時要從構造、材料等角度采取措施加強結構耐久性。

不同的環境和使用條件、不同的設計對象都會對結構體系提出不同的布局和構造等方面的要求。規范再詳細也不能包羅本應由設計人員解決的各種問題、規范更新得再快也適應不了新認識、新技術、新材料快速發展對結構提出的各種新的要求。因此，合理可靠的結構設計除了滿足規范的要求外，還要求設計人員具有對結構本性的正確認識、豐富的經驗和準確的判斷。

2 彎梁橋的結構設計

直梁橋受“彎、剪”作用，而彎梁橋處于“彎、剪、扭”的復合受力狀態，故上、下部結構必須構成有利于抵抗“彎、剪、扭”的措施。

2.1 彎梁橋的彎扭剛度比對結構的受力狀態和變形狀態有著直接的關系：彎扭剛度比越大，由曲率因素而導致的扭轉彎形越大，因此，對于彎梁橋而言在滿足豎向變形的前提下，應盡可能減小抗彎剛度、增大抗扭剛度。所以在曲線梁橋中，宜選用低高度梁和抗扭慣矩較大的箱形截面。

2.2 在彎梁橋截面設計時，要在橋跨范圍內設置一些橫隔板，以加強橫橋向剛度并保持全橋穩定性。在截面發生較大變化的位置，要設漸變段過渡，減小應力集中效應。

2.3 在進行配筋設計時要充分考慮扭矩效應，彎梁應在腹板側面布置較多受力鋼筋，其截面上下緣鋼筋也比同等跨徑的直橋多，且應配置較多的抗扭箍筋。

2.4 城市立交橋中的彎箱梁橋中墩多布置成獨柱支承構造。在獨柱式點鉸支承彎連續梁中，上部結構在外荷載作用下產生的扭矩不能通過中間支承傳至基礎，而只能通過曲梁兩端抗扭支承來傳遞，從而易造成曲梁產生過大扭矩。為減小彎梁橋梁體受扭對上、下部結構產生的不利影響，可采用以下方法進行結構受力平衡的調整：

2.4.1 為減小此項扭矩的影響，比較有效的辦法是通過調整獨柱支承偏心值來改善主梁受力。

2.4.2 通過預應力筋的徑向偏心距來消除曲梁內某些截面過大的扭矩，改善主梁的受力狀態也是一種行之有效的辦法。預應力曲線梁往往產生向外偏轉的情況，這是由其結構特點造成的。預應力產生的扭矩分布和自重、恒載作用下的扭矩分布規律有著較大的區別，為調整扭矩分布，可在曲線梁軸線兩側采用不同的預應力鋼束及錨下控制應力，構成預應力束應力的偏心，形成內扭矩來調整曲線梁扭矩分布。

2.5 下部支承方式的確定。曲線梁橋的不同支承方式，對其上、下部結構內力影響非常大。對于彎梁橋，中間支承一般分為兩種類型：抗扭型支承（多支點或墩梁固結）和單支點鉸支承。在曲線梁橋選擇支承方式時，可遵循以下原則：

2.5.1 對于較寬的橋（橋寬B＞12m）和曲線半徑較大（一般R＞100m）的曲線梁橋，由于主梁扭轉作用較小，橋體寬要求主梁增加橫向穩定性，故在中墩宜采用具有抗扭較強的多柱或多支座的支承方式，亦可采用墩柱與梁固結的支承形式。

2.5.2 對于較窄的橋（橋寬B≤12m）和曲線半徑較小（一般約R≤100m）的曲線梁橋，由于主梁扭轉作用的增加，尤其在預應力鋼束徑向力的作用下，主梁橫向扭矩和扭轉變形很大。由于橋窄因此宜采用獨柱墩，但在選用支承結構形式時應視墩柱高度不同而確定。較高的中墩可采用墩柱與梁固結的結構支承形式。較低的中墩可采用具有較弱抗扭能力的單點支承的方式。這樣可有效降低墩柱的彎短和減小主梁的橫向扭轉變形。但這兩種交承方式都需對橫向支座偏心進行調整。

2.5.3 墩柱截面的合理選用。當采用墩柱與梁固結的支承形式時就必須注意墩柱的彎矩變化。在主梁的扭轉變形過大同時墩柱彎矩也很大（一般墩柱較矮）的情況下，宜采用矩形截面墩柱。因為矩形截面沿主梁縱向抗彎剛度較小，而沿主梁橫向抗彎剛度較大，這樣既減小了墩柱的配筋又降低了主梁的橫向扭轉變形，更適合其受力特點。

2.6 彎梁橋設計中需要注意的其它問題

2.6.1 所有中墩支座，盡可能橫橋向位移固定，可采用盆式或普通板式橡膠支座。

2.6.2 當橋長較大（如大于100m），梁端支座應能順橋向自由滑動、橫橋向位移固定，可采用盆式橡膠支座，或附加了橫橋向位移固定裝置的四氟板橡膠支座；此外，梁端間隙和伸縮縫構造，應保證在最大升溫條件下，梁能夠不受阻礙地自由伸縮變形；當橋長較小時，梁端支座可以采用普通板式橡膠支座。“梁端設普通板式橡膠支座、所有中墩設橫橋向自由滑動的盆式支座”，對曲線梁橋是危險的，應絕對避免。

2.6.3 當曲線梁橋比較寬、各墩也較寬時，應注意溫度變化時由于曲線梁水平彎曲變形在墩頂產生的橫橋向水平作用力可能會比較大，尤其是當所有中墩支座均為橫橋向位移固定時。

結語

因此，我們在橋梁工程設計中，橋梁存在的隱患是十分關鍵的，必須根據具體的橋梁做具體的工程設計，還應該注意橋梁在建造和使用過程中，一定會受到環境、有害化學物質的侵蝕,并要承受車輛、風、地震、疲勞、超載、人為因素等外來作用，同時橋梁所采用材料的自身性能也會不斷退化，從而導致結構各部分不同程度的損傷和劣化。然而，影響結構耐久性的決定性因素是來自構造上 (也即設計上)的缺陷卻往往被人們忽視。所以，橋梁存在的隱患已成為迫切需要解決的問題，要積極借鑒成功的經驗和做法，除了加強施工質量管理外，要從橋梁設計理念、結構體系和構造的角度做好防患設計。彎梁橋由于其結構受力的特殊性，較同等跨徑的直梁橋要復雜得多，因此在進行彎橋設計和計算時應引起足夠的重視。

[1]邵容光.混凝土彎梁橋[M].北京：人民交通出版社，1996.

[2]孫廣華.曲線梁橋計算[M].北京：人民交通出版社，1997.

[3]何維利.獨柱支承的曲線梁橋設計[C].中國土木工程學會橋梁及結構工程學會和十四屆年會論文集.