預應力混凝土曲線梁橋設計問題探討

郭慶超

【摘要】預應力混凝土曲線梁橋作為現代交通運輸體系的重要構成部分，起到在有限空間實現道路轉向功能的作用，是一種常見的橋梁結構形式。但預應力混凝土曲線橋梁，卻時常出現各類設計問題，如橋跨結構向外翻轉、固結墩產生環向裂縫等，存在嚴重的安全隱患。因此，本文對預應力混凝土曲線梁橋常見設計問題進行歸納分析，并闡述設計要點，僅供參考。

【關鍵詞】預應力混凝土;曲線梁橋;設計問題

1、預應力混凝土曲線橋梁概述

1.1曲線橋梁發展

由于各地區地理環境存在明顯差異，為適應不同類型的地質地貌、滿足道路橋梁使用要求，往往選擇采取預應力混凝土曲線梁橋作為城市立交橋，解除空間因素對市政道路轉向等使用功能的限制，以緩解城市交通壓力。但是，隨著公路等級的提高，對預應力混凝土曲線梁橋結構質量提出了更高的要求，傳統橋梁設計體系下存在諸多問題有待解決，這也是我國公路橋梁事業當前的主要研究課題。

1.2結構受力特點

與直線橋等橋梁類型相比，預應力混凝土曲線橋梁具有以下結構受力特點：在曲線橋梁截面部位出現豎向彎曲現象時，將同時出現扭轉現象，最終使得梁體產生撓曲變形現象;預應力混凝土曲線橋梁支點反力具有內側小、外側大的特征。在滿足特定條件前提下，有可能產生內側負反力現象;在持續受到對稱荷載作用力影響時，橋梁將產生扭轉現象;受到預應力效應的影響干擾，將對預應力混凝土曲線橋梁的支反力分配情況造成影響，設計人員應重點考慮這一問題。

2、預應力混凝土曲線橋梁常見設計問題及要點

2.1基本尺寸擬定

現階段，在預應力混凝土曲線橋梁結構尺寸設計環節，由于相關設計規范不完善，設計人員往往選擇對直線梁橋設計規范進行參考。同時，受到人為主觀因素影響，偶爾出現設計人員完全遵循“彎橋直做”理念的問題，導致所擬定曲線橋梁的基本尺寸不合理，與工程建設要求不符。

因此，需要結合工程實際情況，積極借鑒同類工程設計方案，合理擬定曲線橋梁的結構基本尺寸，具體要點包括：在設定橋梁頂板與底板厚度時，為滿足后續鋼束布置要求，可選擇將跨中底板厚度設定在20cm左右、將頂板厚度設定在25cm左右，確保橋梁墩身頂/底板厚度比超過跨中;應在腹板、頂/底板間隔區域中安裝梗腋，將底板區域梗腋比例控制在1：1，將頂板區域的梗腋比例控制在3：1。如此，所安裝梗腋可以起到控制畸變應力、增強剪力流過渡效果、上調橋梁截面抗扭剛度與頂板支點剛度等作用;預應力鋼束實際數量作為主要依據，合理設定腹板厚度值。現階段，在多數預應力混凝土曲線橋梁工程中，普遍將跨中腹板厚度值設定在45cm左右，并增加對橋梁支點區域腹板厚度;在擬定翼緣板寬度與厚度值時。如若翼緣板寬度較大，有可能出現剪力滯后現象。而在翼緣板寬度值過小時，將對截面結構性能造成影響。因此，對翼緣板寬度的取值，設計人員以梁寬值為依據，將翼緣板寬度設定為梁寬的25%-35%以內。同時，增加翼緣板厚度，將根部厚度值設定在30cm及以上。

2.2支座布置

從設計角度來看，支座布置合理與否，將直接對預應力混凝土曲線橋梁的扭距縱向分布情況、扭矩值、墩柱受力情況造成影響干擾。同時，支座設置也是控制曲線橋梁扭轉變形問題的關鍵設計措施。但目前來看，在部分預應力混凝土曲線梁橋設計方案中，普遍存在支座設置不當、所選支承方式不合理的設計問題。

因此，設計人員應結合工程情況，綜合分析橋梁平面曲率、墩柱截面及高度、跨徑值等各項因素，在其基礎上采取適當的曲線梁橋支承方式。例如，針對多跨曲線橋梁，設計人員可選擇在橋梁中跨區域中安裝鉸支座，在兩端處設置抗扭支座。在梁內中間區域安裝單點鉸支座，起到控制梁內扭矩分布情況的作用。同時在橋梁中間跨與兩端安裝若干數量的抗扭支座，其余位置則設置中心鉸支座。此外，設計人員也可選擇在橋梁中間區域設置偏心鉸，這將起到強化橋梁結構受力性能、調整扭矩分布情況的作用。但是，所調整橋梁扭矩無法被消除。

針對單跨曲線橋梁，可選擇在兩端區域設置抗扭支承，這將起到單獨調整橋梁支反力分布狀態的作用。在橋梁一端支承出現斜向變化現象時，則該支點截面負彎矩會隨之增加。同時，設計人員應將支座偏心距控制在2m以內，避免對曲線橋梁的活載扭矩、預加應力造成干擾影響。此外，設計人員需要合理設置曲線橋梁的支承偏移值，根據空間結構準確計算。同時，將梁支反力合力以及恒載中心線二者保持一致，并在梁體、防震擋塊間隔區域中增設彈性支座，避免曲線橋梁在后續施工、使用期間出現側向位移現象。

2.3預應力鋼束布置

在預應力混凝土曲線橋梁中，所布置預應力鋼束可以同時起到抵消彎矩、抵消外荷載扭矩的作用。但是，在預應力鋼束布置錯誤時，將會對曲線橋梁結構造成破壞影響，無法起到抵消外扭矩等作用。常見預應力鋼束布置方式包括，在曲線橋梁內外側腹板中安裝相應線形結構的預應力筋、在頂板與底板中沿彎曲反向方設置預應力筋、保持橋梁腹板區域預應力筋的對稱狀態。當前，國際上通用的曲線橋梁預應力鋼束布置方式為，將鋼索分為抗扭、抗彎兩種，將整體橋梁結構視作為一根梁，采取與直線橋相同方式來布置抗彎鋼束，在橋梁頂板、底板上沿彎曲方向反向布置抗扭鋼束。

2.4荷載計算不準

在部分預應力混凝土曲線橋梁工程中，由于設計人員工作經驗不足，或是已知工程信息不全面，所計算曲線橋梁設計荷載結果準確性不足，或是荷載作用考慮不周。這一問題的存在，導致曲線橋梁工程在后期施工、通車使用期間，橋梁結構承受過大荷載而出現結構開裂、滑塌等工程事故。因此，在荷載計算環節，設計人員必須將各類荷載進行明確分類，如預應力荷載、溫度荷載、活荷載、恒荷載等等。同時，綜合考慮橋梁結構自重、溫度作用、離心力、二期荷載等等，并在設計荷載中預留一定空間，預防各類突發問題的出現。

結語：

與其他類型橋梁相比，曲線橋梁設計模式、要點存在明顯差異。因此，設計人員需要圍繞預應力混凝土曲線梁橋常見設計問題而開展設計工作，如考慮荷載橫向分布設計問題，結合工程情況合理設定基本尺寸，選擇適當支座布置方式，準確計算荷載值等，保證橋梁達到理想的使用效果。

參考文獻：

[1]陳潮雨，肖鵬.公路預應力混凝土曲線梁橋設計問題探討[J].黑龍江交通科技，2019，42（08）.

[2]姜長宇，張元文，邢世玲.預應力混凝土曲線梁橋設計探討[J].工程建設與設計，2011（08）.