淺析曲線梁橋設(shè)計(jì)
摘要：曲線梁橋因其自身優(yōu)點(diǎn)日益被采用。本文就曲線梁橋的設(shè)計(jì)從計(jì)算圖式、跨徑布置、下部構(gòu)造設(shè)計(jì)、橫截面設(shè)計(jì)和橫隔板設(shè)置等方面進(jìn)行闡述總體設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的因素，供同行借鑒參考。
關(guān)鍵詞：公路，曲線橋，設(shè)計(jì)要點(diǎn)
曲線梁橋具有美觀、伸縮縫少、行車舒適、受力合理等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)中經(jīng)常采用的一種橋型，特別是在城市立交橋中或受地形地物條件限制時(shí)必需采用的橋型，中間墩可采用獨(dú)柱墩，非常符合城市立交的輕巧美觀、占地少的要求。現(xiàn)代城市立交橋中的曲線梁橋主要以預(yù)應(yīng)力連續(xù)曲線梁橋?yàn)橹�，并得到廣泛的應(yīng)用，跨度有逐步加大的趨勢(shì)。
1計(jì)算圖式
為了分析簡(jiǎn)單起見，設(shè)計(jì)中選取上部結(jié)構(gòu)計(jì)算圖式一般為：
l)曲梁橋平面線型為單段圓弧或分段圓弧線之組合；
2)各支承均為徑向布置，即通常所說的扇形曲線梁，或正彎梁橋。分析時(shí)可采用圓柱坐標(biāo)系、曲線坐標(biāo)系或流動(dòng)直角坐標(biāo)系，這樣橋中線和支承線均能與坐標(biāo)方向一致，計(jì)算較簡(jiǎn)便。
支承分為固定鉸支承、固定支承、點(diǎn)鉸支承三種。固定鉸支承就是能抗扭而無抗彎約束的鉸支承，常用的固定鉸支承即為沿橋徑向布置的雙支座，就是具有抗扭約束的單鉸支承。固定支承就是抗彎約束的支承，即墩梁固結(jié)；點(diǎn)鉸支承就是無抗扭、抗彎約束，具有兩個(gè)點(diǎn)點(diǎn)鉸支承的簡(jiǎn)支彎梁橋是一種不穩(wěn)定體系，當(dāng)沿橋中軸線，恒載和活載不對(duì)稱時(shí)，梁體會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)，傾覆。所以，梁橋必須至少有一個(gè)固定鉸支承和一個(gè)點(diǎn)鉸支承才能保持結(jié)構(gòu)的靜力穩(wěn)定。對(duì)于曲線梁，因其變形不同于直線梁，在支承布置時(shí)，還需根據(jù)實(shí)際情況，確定支承約束，而且計(jì)算模型應(yīng)盡量與實(shí)際情況吻合，以免造成設(shè)計(jì)偏差。
2跨徑布置
曲線橋的跨徑布置原則與直線橋基本相同，主要是跨越障礙物，如江河、道路、地下管線等，按照地形地物進(jìn)行布設(shè)的布設(shè)。
l)邊、中跨比可參照直線橋取值，范圍一般為0.6-0.8，當(dāng)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，邊、中跨比值可略取大些；當(dāng)采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，由于有效的預(yù)應(yīng)力在梁兩端較大，在梁中間段較小，故邊、中跨度比值可略取小些，受力較為合理。
2)曲線梁橋每聯(lián)的長(zhǎng)度不宜過長(zhǎng)，由于曲線梁橋具有“彎、扭禍合”的特性，故扭轉(zhuǎn)跨徑不宜過大，這樣有利于施工和設(shè)計(jì)，也有利于預(yù)應(yīng)力鋼束的布置。曲線梁橋每跨跨度的大小，與平面曲線半徑和梁的支撐約束有著很大的關(guān)系，平面曲線半徑大時(shí)，跨度可適當(dāng)加大，當(dāng)平面曲線半徑較小時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減小跨徑，減少扭矩引起的內(nèi)力；當(dāng)梁支承約束抗扭剛度大時(shí)，例如在墩上橫橋向設(shè)雙支座，或橫橋向?yàn)殡p柱墩、墩梁固結(jié)等，跨度可適當(dāng)加大，當(dāng)僅在每聯(lián)梁端設(shè)置抗扭支承，而在中間墩僅采用點(diǎn)鉸支承的獨(dú)柱墩時(shí)，每跨的跨度就不宜過大，以免扭矩過大，而造成梁截面設(shè)計(jì)不合理不經(jīng)濟(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來確定跨徑，必要時(shí)還需通過計(jì)算比較最終確定。
3)一般在跨徑確定時(shí)，橋跨徑在30m以下時(shí)，宜采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；跨徑大于等于30m時(shí)宜采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，每聯(lián)長(zhǎng)度宜小于150m。
3下部構(gòu)造設(shè)計(jì)
立交工程中橋梁墩臺(tái)通常設(shè)計(jì)為輕型橋臺(tái)、柱式橋墩�？缭街鞯阑驑蛄喊霃捷^小時(shí)，橋墩常設(shè)計(jì)為獨(dú)柱墩，采用獨(dú)柱墩有利于橋梁的墩位布置，占地范圍小，有利于橋下空間的利用及橋型美觀，建在水中的獨(dú)柱墩還有阻水小的優(yōu)點(diǎn)。其余部位可根據(jù)情況設(shè)計(jì)成獨(dú)柱墩或雙柱墩。由于獨(dú)柱墩抗扭性能差，對(duì)采用分聯(lián)的多聯(lián)連續(xù)梁，在聯(lián)與聯(lián)之間的連接處須采用抗扭性能好的雙柱墩或板式墩。對(duì)于匝道上曲線梁橋，因其橋?qū)捿^窄，則較多采用了在獨(dú)柱式的窄墩上支承箱梁的構(gòu)造型式，從平面上來看，由三根獨(dú)柱墩作為一組支承體系，是一個(gè)穩(wěn)定體系，可有效地來抵抗外扭矩，在梁體構(gòu)造上，可利用支承點(diǎn)在橫橋向偏移調(diào)整，即設(shè)預(yù)偏心，以使沿縱橋向在橫截面上所產(chǎn)生的內(nèi)扭矩得到調(diào)整。
預(yù)應(yīng)力混凝土曲線梁橋，特別是城市立交橋梁，為美觀需要，橋墩處一般不設(shè)置蓋梁，而將梁直接支承在橋墩上，在各支承處梁內(nèi)設(shè)置“隱形蓋梁”。
4橫截面設(shè)計(jì)
混凝土曲線梁橋可采用的橫截面形式很多，應(yīng)根據(jù)橋梁的跨徑、寬度、建筑高度的要求、支承形式、施工方法、橋面超高方案和總體布置情況，合理地選定主梁的橫截面形式，以便減輕結(jié)構(gòu)自重、增大跨越能力、節(jié)省材料用量、簡(jiǎn)化施工方法、改善截面受力性能等。故合理地選擇彎梁橋的橫截面形式，具有十分重要的意義。
關(guān)于混凝土曲線梁橋的橫截面形式，在原則上與直梁橋并沒有本質(zhì)上的差異，但由于在受力特性方面曲線梁橋的扭矩較大，對(duì)橫向抗傾覆穩(wěn)定性要求較高，在構(gòu)造上的不對(duì)稱性比較突出，所以在選定彎梁橋的橫截面形式時(shí)應(yīng)予以充分考慮。
常用的橫截面形式有：板式、肋板式、肋式和箱式等。
曲線梁跨徑較小時(shí)常采用板式截面，其構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便，是較常用的截面形式之一。為了節(jié)省材料，在中、小跨徑的曲線梁橋中也有時(shí)采用肋板式或肋式截面。
隨著橋梁的發(fā)展，橋梁跨徑的加大，箱形截面越來越多的被采用，特別是在連續(xù)曲線梁橋中。箱形橫截面主要有以下特點(diǎn)：
l)箱形為閉口截面，抗扭剛度大；
2)有頂板和底板，可以在跨中或支座部位有效的抵抗正負(fù)彎矩；
3)挖空率高，材料用量少，結(jié)構(gòu)自重小，截面應(yīng)力分配合理。曲線橋中的彎扭剛度比K=El/G1。對(duì)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和變形狀態(tài)直接相關(guān)，K值愈大，則因曲率因素而導(dǎo)致的扭轉(zhuǎn)變形也顯著增大，因此，在滿足豎向變形的條件下，宜盡量減小抗彎剛度EI的值，而增大抗扭剛度Gl的值，所以在斷面設(shè)計(jì)過程中應(yīng)選用高度較低、抗扭慣矩較大的梁，采用箱形截面最為合理。與直線橋截面形式類似，曲線橋箱形截面設(shè)計(jì)時(shí)多采用單箱單室、單箱雙室、雙箱單室、雙箱雙室等。
用于匝道、定向的連續(xù)曲線梁橋，絕大部分為單向雙車道汽車專用橋梁，橋面寬度一般在10m左右，此時(shí)，采用單箱單室截面十分合理，這種截面受力清楚，易于分析。當(dāng)橋梁較寬時(shí)，常采用分離式或單箱多室截面，這樣可以不必布置橫向預(yù)應(yīng)力筋，使構(gòu)造設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單，且不需要增大頂、底板的尺小，也便于縱向預(yù)應(yīng)力鋼束的布置。
