城市立交曲线箱梁桥设计的几点问题探讨

来源：职称驿站所属分类：交通运输论文
发布时间：2013-01-07浏览：43次

　　摘要：通过结合小半径曲线钢混叠合梁桥的工程实例，考虑曲线混凝土箱梁桥的受力特点，探讨了该类桥梁设计时应注意的问题。在实例计算的基础上，对荷载的效应进行分析及阐述如何设置弯梁支座预偏。

　　关键词：公路立交桥,曲线箱梁,反力不均匀系数,支座预偏

　　1引言

　　近年来随着城市高架桥、立交桥建设发展的需要，曲线箱梁已经得到广泛的应用。在实际的工程中曲线梁的半径设计的较小，这主要是考虑到节约占地和减少征地拆迁，此外，市政桥梁跨越的范围有高架、铁路，使得桥梁的跨度较大。通常普通钢筋混凝土连续曲梁的跨径较小，很难满足工程的需要，在设计时通常选用较大跨越能力的预应力混凝土梁和钢结构。钢混叠合梁桥的特点是自重轻、跨度大、施工周期短等，符合需要有跨越能力大市政桥梁的要求。但曲线箱梁属于空间结构、受力比较复杂，如温度、荷载、徐变等因素都可能引起弯矩、剪力、扭矩的变化，在进行设计时需综合考虑各种因素，若设计不当会引起桥梁事故。本文结合小半径曲线钢混叠合梁桥的工程实例，探讨如何设计该类桥梁，为工程设计和施工提供参考。

　　2工程概况

　　珞狮南路立交跨越武汉市的南湖南路、武梁路、文治街、文秀街，范围从文秀街道到华农新大门，总长2.9公里，高架桥的桥长占1.9公里，为双向6车道，而芦湾湖立交至华农天桥段是双向4车道，是连接武汉市二环与三环的主要通道，其标准设计断面为双向6车道，珞狮南路由芦湾湖立交至华农天桥段为双向4车道，属特大型城市桥梁工程，是武汉市二环线与三环线的重要联络通道，也是武汉市重要的放射道路之一。珞狮南路高架桥共有混凝土箱梁16联、钢箱梁3联，桥宽为19-43米，最高处桥面距离地面高达20.375米。该工程从桩基开钻至预应力混凝土箱梁结构贯通仅用了8个半月，施工期间投入的工人人数达3500名、使用的模板达15万平方米，创造了武汉市预应力混凝土箱梁高架桥施工速度之最。

　　3连续曲线混凝土箱梁总体布置

　　3.1 跨径布置及支座形式

　　钢混叠合梁桥具有钢结构自重轻且混凝土现浇层厚度较薄的特点，活荷载在总荷载的比例较大，在恒荷载的作用下其连续梁边墩支座的预压力值不是很大，应考虑活荷载引起的支座被拔出的危险，因此在跨进布置时边跨和中跨比例应适当放大。

　　曲线梁桥支承方式的不同可以引起结构上下部分的内力的变化。中间支承形式有抗扭型(多支点或墩梁固结)和单支点铰这支承两种形式，在选择连续曲线梁桥的支承方式可考虑以下原则：

　　(1)较宽大于12m和曲线半径大于100m的曲线梁桥，主梁的扭转作用影响不大，而由于桥宽较大，需考虑桥梁横向稳定性，在中墩宜可采用抗扭较强的多柱或多支座的支承方式，，亦可采用墩柱与梁固结的支承形式。

　　(2)桥宽小于12m和曲线半径小于100m的曲线梁桥，主梁的扭转作用影响较大，考虑到桥窄可采用独柱墩，但支承结构形式的选取应根据墩柱高度来决定。墩柱与梁固结的结构支承形式可用在较高的中墩，由于单点支承抵抗扭矩的能力较弱因此用于较低的中墩，同时可以降低主梁的横向扭转变形。但这两种交承方式都需要对横向支座偏心并进行偏心计算。

　　3.2梁高变化对设计参数的影响

　　梁高的选择是进行两题设计的一个重要因素。在选择梁高时应结合建筑容许高度、刚度、经济合理性等因素进行考虑。在一定的条件下，梁高与总用钢量成正比，经济性也较合理，但是过低的梁高会引起桥梁的刚度不足等问题，因此梁高的选取是设计时关键的因素。

　　4结构分析

　　4.1荷载效应分析

　　1)结构自重：将钢混叠合梁桥的结构自重在桥轴线的分布不是均匀的，由于曲线外侧力大于内侧使主梁产生背离圆心方向的扭转效应，而且是半径越小扭转效果越大。所以，在结构设计中要考虑由于自重产生的扭矩的，特别是对于支座偏心设计。

　　2)预应力荷载：在预应力混凝土曲线梁中，可将预应力分解成沿平面的径向弯曲和沿高度方向的竖向弯曲，这使得径向力的作用与梁高度变化一致。当径向力的作用点不在主梁截面剪切中心时就会对主梁产生扭转作用，当在剪切中心以上的扭矩方向与在剪切中心以下相反，两者的合扭矩就是曲线梁的整体扭转，在钢混叠合梁桥曲线梁中，预应力产生效应表现为使主梁背离圆心方向的扭转。

　　3)温度效应:考虑温度效应时主要考虑三种形式温度：年温度、日照温度和骤然降温。年温度的效应是长期的、缓慢的，可当成均匀温度，影响主要在结构的变形和对固结墩的内力，而对主梁的结构内力影响不大。后两者的温度呈梯度变化，很大程度上可影响结构的内力和变形，严重的可引起主梁开裂。在结构计算时梯度温度的选择可根据《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60—2004)第4·3·10条，在结构计算时应考虑铺装层的厚度，桥面板温度应去除铺装层温差，正梯度温度可当成量的正弯矩，顶板受压，在中间桥墩内侧出现支座反力，使梁向外扭转，变形是顺桥向，与均匀温度相同;负梯度温度的作用与之相反。

　　4)收缩徐变效应：混凝土的收缩徐变与时间有关，徐变是在长期荷载作用下产生，随着时间的延长，沿着作用力的方向产生的变形，而收缩产生主要是塑性收缩与化学收缩，与荷载无关。在实际工程中，收缩徐变与温度是一起同时作用的。在设计中预应力混凝土构件由于随时间变化的收缩徐变会受到构件内的钢筋的约束引起内力重分布,这一现象也出现在在钢梁与就地浇筑的混凝土板组成的结合梁中。在变形方面,收缩影响曲线桥的平面变形,徐变影响竖向挠度。

　　4.2结构计算

　　采用大型空间有限元程序进行结构计算分析，采用三维梁单元模型模拟曲线箱梁，虚拟刚臂模型模拟墩梁固结与支座偏心,同时考虑橡胶支座的弹性作用。在钢-混组合梁中,采用施工阶段联合截面的形式考虑桥面板混凝土的作用。取锚固箱梁段的l/2桥宽结构建立对称模型。采用C50混凝土，弹性模量为35GPa，泊松比取0.167，钢束采用 13- Φs15.2 钢绞线, 张拉控制应力 1 339MPa，进行网格划分。计算结果21米高为主梁最大横向弯矩为3763KN·M，墩柱最大横向弯矩为1565 KN·M。

　　5支座偏心设置

　　在两支座受力不均时，通过增大支座间距对于小半径钢混叠合连续曲线梁的设计是不够的，这时应考虑调整支座偏心，支座偏心可以起到内力重分布，避免出现负反力并使得反力分配均匀，但不能最终抵消外扭矩，在进行支座偏心设置时其原则是在永久荷载的作用下,曲梁内外侧支座反力尽量相差不大，本桥中钢-混结合梁中墩支座向圆心方向预偏最大达22cm。

　　如表 1 所示为 I#~Ⅱ# 轴两边墩支座在各总体布置情况下的恒载反力及其不均匀系数比较表。支座间距 2.9m 外偏 0.1m时，I、Ⅱ#~轴上内侧支座最小活载反力分别为-219.8kN、-270.3kN;外侧支座的最小活载反力分别为-216.1kN、-223.1kN。显然，在最不利荷载作用下各支座均不会出现负反力，但为使同一墩上两支座受力均匀以减小梁体扭矩，有必要调整支座横向偏心距离。由表 1 可知，支座间距 2.9m，外偏 0.1m时I#轴上支座反力的不均匀系数为 2.53%，说明支座偏心值设置合适，而Ⅱ#轴偏心值宜进一步调整。

　　6结论

　　鉴于钢混叠合梁桥自重轻、跨度大、施工周期短优势，符合需要有跨越能力大市政桥梁的要求;同时分析表明曲线箱梁受力比较复杂，如温度、荷载、徐变等因素都可能引起弯矩、剪力、扭矩的变化，在进行设计时需综合考虑各种因素。通过结合小半径曲线钢混叠合梁桥的工程实例分析，表明设计时应当边跨和中跨适当加大其活荷载，以考虑活荷载引起的支座被拔出的危险;同时考虑到边墩为支座、中间的几个支座为单点支承方式对边墩支座产生扭转作用，曲线梁墩设计时适宜采用双支座设计。

　　参考文献：

　　[1] 熊洪波.小半径曲线钢-混凝土叠合连续箱梁桥设计探讨[J].城市道桥与防洪，2010，27(08)：74-75.

　　[2] 彭建兵，程为和.城市高架连续曲线钢箱梁设计若干问题探讨[J].城市道桥与防洪，2007，29(06)：101-103.

　　[3] 乐小刚，余晓琳.城市高架曲线钢箱梁桥的设计[J].钢结构，2007，31(09)：46-49.

《城市立交曲线箱梁桥设计的几点问题探讨》

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