談小半徑彎箱梁橋設計

吳念

(中交第二航務工程勘察設計院有限公司，湖北武漢 430000)

近些年來，隨著公路和城市道路建設的飛快發展，涉及到曲線橋的橋梁設計已經越來越多了，對于大半徑的曲線梁橋，以前往往采用以直代曲，或者使用單梁法進行模擬計算，計算結果也可以滿足設計和使用的要求，但是隨著越來越多的城市立交建設的需要，小半徑的匝道橋越來越多，這時再用上面的方法進行簡單的模擬計算，結果是不準確的，必須要采用梁格法或者其他更精確的方法進行計算。

與直線梁相比，曲線梁的受力有以下特點:1)軸向變形與平面內彎曲的耦合;2)豎向撓曲與扭轉的耦合;3)它們與截面畸變的耦合。其中最主要的是撓曲變形與扭轉變形的耦合。

曲線梁在豎向荷載作用下會同時產生彎矩和扭矩，且其大小會相互影響，由于曲線外側部分梁總比曲線內側部分梁重，所以在自重荷載作用下，外側支點反力比內側支點反力要大，在活載，基礎不均勻沉降，溫度力等荷載共同作用下，曲線內側支點反力可能會出現拉力，因此在做曲線梁設計時，往往需要對支座設置橫向的偏心距，以避免某些支座在荷載最不利組合時出現拉力。

梁格法是目前最常用的分析曲線梁的方法，梁格法的實質是用一個等效的梁格來代替橋梁上部結構，是一種以梁單元為基本單元的有限元法，梁格法的概念明確，通常采用MIDAS軟件建立的梁格模型建模方便，計算速度也較快。本文就是通過MIDAS 2010軟件建立梁格模型，分析一個半徑只有30 m的連續梁橋選用不同的支撐形式時梁的受力情況，從而得到一些有用的結論。

1 小半徑彎箱梁設計應注意的問題

1.1 結構受力上應注意的問題

結構受力上要注意調整梁內的扭矩分布，盡量使梁截面的受力更均勻。小半徑的彎箱梁各截面都處于“彎、剪、扭”的復雜受力狀態，其應力分布比同跨徑的直線梁橋要復雜，因此，在進行截面設計時，要盡量選擇抗扭剛度比較大的截面形式，比如箱形截面，同時要根據JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范的規定，在橋跨范圍內設置一些橫隔板，以加強結構的橫橋向剛度。

1.2 結構變形上應注意的問題

結構變形上要注意控制梁端縱橫向變位及翹曲變形，使之符合規范的要求，設計時可以通過調整跨徑的布置和邊界條件來達到這個目標。1)在跨徑搭配上，要控制邊跨跨徑，使邊跨跨徑和中跨跨徑比較接近，這樣可以大大減小內側支座出現拉力的情況;2)在邊界條件方面，由于邊界條件影響到整個結構的受力狀態，因此，在實際設計時，要分別采用不同的約束形式進行試算，通過分析試算結果來確定結構的邊界條件。

2 設計實例

某碼頭引橋是一座4跨鋼筋混凝土曲線彎梁橋，跨徑組合為:11 m+16 m+10 m+10 m，曲線半徑為30 m，梁的截面形式為單箱單室直腹板箱梁，梁高1.3 m，跨中頂底板厚25 cm，支點處頂底板厚50 cm，腹板厚度全橋統一為75 cm，橋面寬度為:0.5 m(防撞護欄)+5 m(行車道)+0.5 m(防撞護欄)=6 m，箱梁一般構造圖見圖1，橫斷面圖見圖2。

圖1 箱梁一般構造圖

圖2 箱梁橫斷面圖

2.1 模型的建立

采用MIDAS 2010軟件建立梁格法模型，計算考慮的主要荷載包括:箱梁的自重，鋪裝，防撞護欄重量，溫度力，離心力，車輛荷載(本碼頭引橋上的汽車活載只考慮一輛重55 t的標準車輛荷載)等，為了得到箱梁的最佳受力狀態，使箱梁截面和支座的受力比較均勻，建立2個不同約束情況的模型，通過分析比較得到較好的支座布置形式。模型1:彎箱梁端支點采用兩點支撐，中間支點采用單點支撐;模型2:所用支點橫橋向均采用兩點支撐。模型1和模型2的結構離散圖分別見圖3和圖4。

圖3 模型1

2.2 計算結果

由于本橋為小半徑的彎箱梁橋，并且跨徑布置受到條件的限制不能變動，使得跨徑的布置從結構受力上來講并不是十分合理，在不設置支座偏心時，部分支座會出現拉力，經過分析計算模型1和模型2都需要設置支座偏心才能使所有支座都處于受壓狀態，模型1和模型2的支座偏心設置情況見表1(表中偏心距以向外側腹板偏移為正)。

圖4 模型2

表1 支座偏心布置情況表

按照上面的支座偏心布置計算后得到各截面腹板內力以及各截面腹板位移，見表2，表3。

表2 各截面腹板彎矩對照表

表3 各截面腹板位移對照表

3 結語

小半徑彎箱梁橋受力復雜，在恒載和活載的作用下，箱梁曲線內側和外側腹板的受力不均勻，通過上面的分析比較，可以得到以下幾點結論:

1)恒載作用下，無論中間支點選擇單點支撐還是兩點支撐，外側腹板的受力都比內側腹板的受力要大，而且跨徑越大，受力差別越大。對比中間支點是單點支撐和兩點支撐時內外腹板的彎矩可知:恒載作用下，選擇單點支撐和兩點支撐對腹板受力的影響不大。

2)車輛活載作用下，中間支點選擇單點支撐和兩點支撐時都是外側腹板的受力比內側腹板的受力要大，相比恒載作用，在活載作用下，外側腹板和內側腹板受力的差別要小一些。

3)本連續彎梁橋的跨徑差別相對較大，最大跨徑是最小跨徑的1.6倍，在計算的過程中，發現在保證各支座不出現拉力的前提下，要保持各支點橫向支座的間距相等很困難，因此，在設置支座時將支點2的橫向間距設為1.65 m，其他支點的支座橫向間距都為1.5 m。由此可知:在一般設計的時候，如果不是受條件限制，最好將連續梁各跨的跨徑設為一樣的，這樣可以使梁的受力更均勻，梁底支座的偏心也可以保持一致，給設計和施工都減小難度。

4)由表3可知，在恒載作用下或在活載作用下，無論中間支點選擇單點支撐還是兩點支撐，外側腹板的變形都比內側腹板的變形要大，并且，兩點支撐比單點支撐時腹板的變形要小，因此從結構變形上來講，中間支點設置兩點支撐比設置單點支撐要好一些。

［1］ 邵榮光.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］ 鄧安泰.混凝土曲線箱梁橋的受力性能研究［J］.市政·交通·水利工程設計，2008(8)：115-117.

［4］ 姜海麗.曲線梁橋的設計［J］.黑龍江水利科技，2006(10)：11-13.