小半徑大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土曲線箱梁設(shè)計

【摘 要】為了滿足社會的交通運輸需要，我國的路橋工程建設(shè)項目越來越多。并且隨著橋梁設(shè)計施工水平的提升，橋梁的結(jié)構(gòu)形式也變得多種多樣。其中小半徑大跨度曲線箱梁就是一種較為復(fù)雜的橋梁結(jié)構(gòu)，現(xiàn)本文就重點對這一結(jié)構(gòu)的設(shè)計問題進行研究分析，指出在其設(shè)計中應(yīng)注意的問題。

【關(guān)鍵詞】小半徑；大跨度；預(yù)應(yīng)力混凝土；曲線箱梁；設(shè)計

某橋梁工程采用小半徑大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土曲線箱梁的結(jié)構(gòu)形式，施工方法則采用懸臂澆筑法，全線均要求實現(xiàn)無縫施工。其中曲線的最小半徑為400m。由于該工程為小半徑大跨度曲線箱梁，且要求無縫結(jié)構(gòu)，所以結(jié)構(gòu)形式較為復(fù)雜，給設(shè)計人員提出了較高的要求。以下本文就對其設(shè)計過程進行詳細(xì)的分析探討。

1.工程設(shè)計難點

在對本橋梁工程進行設(shè)計時，首先考慮到荷載對橋梁結(jié)構(gòu)的要求。本橋梁需要承受一定的恒載和活載。其中恒載包括橋梁自重、橋面二期荷載等。而活載則主要包括了車輛荷載、人群荷載等。由于橋梁每天所承受的活載并不相同，其負(fù)荷情況較為復(fù)雜，給設(shè)計帶來一定難度。另外，大跨度橋梁自身的高度較大，尤其是在曲線所在的位置，高度更大，使得截面的中心發(fā)生了外移，再加上截面外緣尺寸已經(jīng)超出了內(nèi)緣尺寸，更是進一步促使了截面的重心偏向外部，引起了一定的扭矩。在設(shè)計中若不消除這一扭矩，則會使曲線箱梁向外側(cè)翻轉(zhuǎn)，影響橋梁的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

2.主梁截面設(shè)計

如上所述，為了消除截面上因重心外移而產(chǎn)生的扭矩，在對主梁的截面進行設(shè)計時，我們著重從截面類型的選擇、腹板厚度的確定以及梁高的設(shè)計等幾個方面入手優(yōu)化設(shè)計方案，具體如下：

2.1截面類型

曲線形式的箱梁結(jié)構(gòu)要比直線梁結(jié)構(gòu)的受力更為復(fù)雜，會受到拉壓、彎、扭以及畸變等多種作用力而出現(xiàn)變形現(xiàn)象，從而影響曲線梁的整體穩(wěn)定性。所以所選擇的截面類型應(yīng)該具有較高的抗扭性能。而箱型結(jié)構(gòu)正是這樣一種截面類型，其不但整體性較好，且具有較大的抗扭剛度。為此本工程決定采用箱梁作為結(jié)構(gòu)的截面類型。

2.2腹板厚度

由于橋梁位于曲線上，預(yù)應(yīng)力鋼束的徑向力會對腹板形成一種崩彈的力量，使腹板的混凝土承受很大的壓力，這對于保持腹板混凝土的整體性和穩(wěn)定性來講是極為不利的，并且這種危害程度會隨著曲線半徑的減小而增大。為了盡可能的降低小半徑曲線梁出現(xiàn)這種問題，我們決定通過增大腹板厚度來解決。

2.3梁高

本工程的橋梁結(jié)構(gòu)為變高度梁截面形式，與直線連續(xù)梁相比， 曲線梁在設(shè)計跨中截面梁的高度時應(yīng)該進行適當(dāng)?shù)脑龃蟆＿@是為了滿足曲線梁的復(fù)雜受力要求。

3.普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼束的布置

3.1普通鋼筋的設(shè)置

由于小半徑大跨度曲線梁會產(chǎn)生一定的彎扭耦合效應(yīng)，使得曲線內(nèi)側(cè)受力更大，結(jié)構(gòu)的主應(yīng)力也更大，因此在對其結(jié)構(gòu)進行配筋設(shè)計時，配筋率要更大一些才能滿足結(jié)構(gòu)的受力需求。首先，在對縱向主筋進行設(shè)計時，可以在截面平均配筋率的前提下，再增大10%。其次在對抗剪和抗扭鋼筋進行設(shè)計時，也可以同樣跨徑的直線梁配筋率為基礎(chǔ)，再增大10%。

3.2預(yù)應(yīng)力鋼束的布置

預(yù)應(yīng)力是一種改善結(jié)構(gòu)受力狀況的有效手段，在本工程中，同樣采用了預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)。在對其鋼束進行布置時，可采用和直線梁一樣的布置方式，即左右對稱的布置方式。小半徑曲線梁橋的縱向預(yù)應(yīng)力鋼束沿箱梁平曲線線形變化而布置成水平曲線。預(yù)應(yīng)力鋼束對混凝土產(chǎn)生較大的徑向力，除對相鄰兩預(yù)應(yīng)力束之間的混凝土產(chǎn)生局部承壓作用外，還對預(yù)應(yīng)力束與箱梁內(nèi)弧側(cè)之間的混凝土產(chǎn)生崩彈作用。這種徑向力對箱梁腹板的受力很不利。為此，在鋼束布置時，相鄰兩預(yù)應(yīng)力鋼束之間應(yīng)留有足夠的混凝土厚度，箱梁腹板應(yīng)留有足夠的混凝土保護層，同時在腹板內(nèi)設(shè)置防崩鋼筋。曲線預(yù)應(yīng)力束除徑向力作用外，由于曲線鋼束與孔道壁間的摩阻力，小半徑曲線預(yù)應(yīng)力束的預(yù)應(yīng)力損失比直線預(yù)應(yīng)力束的預(yù)應(yīng)力損失大得多。

4.支座設(shè)計

曲線梁存在“外梁超載，內(nèi)梁卸載”現(xiàn)象，在荷載作用下內(nèi)側(cè)端支座可能出現(xiàn)負(fù)反力。如果支座不能承受拉力，將發(fā)生“支座脫空”現(xiàn)象。由于恒載偏心和預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的荷載疊加，外緣支座反力通常大于內(nèi)緣支座反力。會導(dǎo)致內(nèi)支座脫空，梁體全部荷載由外支座承擔(dān)。支座的預(yù)偏心影響支座反力在內(nèi)外支座的分配。因此，支座設(shè)計是軌道交通小半徑曲線梁橋設(shè)計的主要內(nèi)容之一。

（1）支承形式：依據(jù)城市軌道交通的荷載特點和小半徑曲線梁橋結(jié)構(gòu)特點，全部采用抗扭支承。

（2）支承偏心：采用單點鉸支承，為減小荷載作用下梁體的扭矩，應(yīng)預(yù)設(shè)支座偏心。

（3）支座爬移：采用抗扭支承的雙支座，并將其中一個支座的徑向位移約束（另一個支座的徑向位移必須自由，以適應(yīng)梁體的溫度變形），在墩頂設(shè)置限位擋塊，以限制梁體的徑向位移。

5.結(jié)束語

總之，在對小半徑大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土曲線箱梁進行設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)充分考慮到其結(jié)構(gòu)受力的復(fù)雜性，以及對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提出的諸多要求。在本工程實例中，設(shè)計人員主要從橋梁的截面設(shè)計、鋼筋布置和支座設(shè)計等三方面進行了優(yōu)化設(shè)計，希望能夠為同類工程提供一些借鑒。

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