小半径预应力砼曲线梁桥设计体会

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1、小半径预应力砼曲线梁桥设计体会　　摘要：文中对小半径曲线桥的受力特点进行简要分析，并通过具体实例列举了设计中的一些处理方法。关键词：预应力曲线梁扭矩偏心荷载中图分类号：TU378文献标识码：A1概述随着城市交通的快速发展，城市立交正得到广泛的应用，使日益繁忙拥挤的交通状况得到极大改善。在立交设计中，转向匝道较多采用小半径曲线连续梁（钢筋混凝土或预应力混凝土梁），但由于以往对这种曲线桥的认识不足，在设计和施工过程中未能有针对性地采取不同于直线桥的技术措施，致使类似桥梁存在较普遍的质量问题和安全隐患。据对北京、深圳等国内几个大城

2、市的已建曲线梁桥的检测结果表明，某些桥梁已发生梁体水平径向位移过大、梁体翘曲、墩梁固结处开裂、支座脱空等不良现象发生。2受力特点通过对曲梁问题的研究分析，对曲线桥的受力特点有了新的认识，相比直线桥，其主要有以下几点不同：荷载偏心引起的扭矩大。荷载(恒载和活载)在曲线桥上引起的扭矩较直线桥大。对于直线8桥，对称截面的梁体恒载扭矩较小，趋近于零，扭矩主要由活载偏心产生，但由于相对于截面形心的力臂一般较短，其扭矩值不大，通过梁体混凝土和构造箍筋可抵抗荷载扭矩。但是，曲线梁由于存在梁体纵轴线与两支点直接连线间的偏心距，恒载和活载产生

3、的扭矩远大于同跨径直线桥。尤其是独柱式支承的曲线桥，中墩的单支点不能抵抗偏心荷载，全部的偏心荷载传递至两端的抗扭支承（双支座），在此情况下，连续梁的全长成为受扭跨度，梁体扭矩将大幅增加。以3×30m连续梁为例，在城-A级活载及恒载的作用下，直线桥(桥面宽B=8m，每墩设抗扭支座)的扭矩为2100kN.M，而半径R=60m的曲线梁（中墩为独柱墩）的最大扭矩为3900kN.M，其值为直线桥的1.85倍。恒载扭矩是造成梁体翻转和两端支座受力不均，甚至使内侧支座脱空的主要原因。为了减小偏心荷载的扭矩影响，有效的方法是通过设置中墩抗扭

4、支承来缩短曲线桥的受扭跨度，例如采用双柱墩或Y形墩等。但是，在某些情况下，出于桥梁总体结构布局或美观等方面的考虑，采用预设支座偏心的方法也不失为一种好的选择。即将中间支承向曲线梁中心线外侧预设某一偏心值，这相当于增加一与荷载扭矩反方向的外扭矩，籍此来抵消一部分荷载扭矩，使曲梁两端支座的扭矩峰值降低。8据国内外的有关研究结果，支承偏心对曲梁恒载扭矩的影响最大，但对活载和预应力产生的扭矩影响甚微，这是由于预应力和汽车活载所引起的支承反力远小于桥梁自重的缘故。下图为某多跨独支座预应力曲线连续梁在预设不同偏心距时中支点的梁体恒载、活

5、载和预应力扭矩变化曲线图。图1：某多跨预应力曲线连续梁偏心距与荷载扭矩关系曲线预应力作用效应。预应力索在曲梁的腹板中是一条沿纵向和竖向弯曲的空间曲线，具有双向曲率，由此产生的预应力荷载也是沿梁体分布的空间力系，包括切向、径向和竖向三个方向的分布力和力矩。此种结构在预应力作用下由于存在空间曲率的影响，其结构的弯、扭等内力的耦合以及翘曲变形分析是一个复杂的空间结构分析。目前曲梁内力分析一般采用薄壁曲线梁结构空间分析刚度法或空间三维坐标系有限元法，这两种方法的关键问题是正确导出薄壁空间曲线梁单元的刚度矩阵［K］和预应力空间等效节点

6、荷载列阵［P］。我国桥梁专家姚玲森提出的曲梁预应力等代荷载通用性计算公式，可以适用于较小半径预应力曲梁结构，即将预应力钢索的有效预加力换算成作用于曲梁上的等代空间荷载进行计算，计算包括二次内力在内的预应力的总内力。通过试算，多次调整预加力值、钢索截面、形状位置等来使曲梁应力状态达到较理想状态。8从预应力索张拉施工时出现的梁体外翻的现象分析，笔者认为主要是由于预应力径向偏心荷载引起的绕纵轴逆时针旋转的扭矩造成的。另空间曲线预应力束与管道孔壁之间的摩阻损失因受预应力钢索竖向和径向曲率的影响，其值比平面曲线束大。混凝土收缩、徐变及

7、温度升降引起的梁体的位移。从某城市几座已建成数年的曲线梁发生较大径向位移（梁中段最大位移达20cm）的现象分析，梁体混凝土后期的收缩徐变和温升是造成曲梁外移的主要原因。但从混凝土材料的收缩、徐变和线膨胀理论公式来看，梁体截面的应变值应是近似相等的，即是说曲梁整体的变形应是均匀线性的，不易发生梁体曲率的明显变化。笔者认为是否与混凝土因收缩徐变或温升温降形成的塑性应变有关，这部分不能恢复的变形随时间的增长而不断增加，造成了梁体的外移。目前这类研究还在进行中，但从设计的角度来讲，通过合理的支座约束应该可以得到较好的解决。3设计中的

8、处理方法(工程实例)通过对预应力曲梁桥的受力分析，进而在设计中采取有效措施改善梁体受力，避免桥梁非正常破损或破坏是问题的关键。笔者于2002年在某曲梁设计中采取的一些处理方法，提供给读者参考。8深圳某立交现状为二层立交，根据交通需求，须改造为三层定向式全互通立交，即增设6条定向匝道，以完善