弯桥设计技术要点探讨

所属栏目：公路工程类论文
发布时间：2012-11-13 09:09:34  更新时间：2012-11-13 09:43:17

摘要：作者结合自己的设计经验，就弯桥设计中的侧向限位及支座偏心等技术要点做了相关分析探讨，对指导弯桥设计有积极的意义。

关键词：侧向限位，支座偏心，截面

一、引言

无论是在公路还是市政道路设计过程中，平面线形是衡量道路好坏的一个重要指标，综合考虑各方面的因素后，很有可能在道路的某一段需要设置弯桥。但是弯桥的结构受力与直桥有很大区别，如若在结构分析时没有解决这些问题，便会造成运营不久就出现各种病害。

二、主要技术难点分析

笔者从事路桥设计多年，自认为对弯桥设计有些心得，与大家分享。

2.1、侧向限位设置

弯桥在运营过程中会向弯外侧“爬移”，所以无论是在最初设计还是出现病害后对主梁复位，都必须考虑侧向限位设施。

弯桥“爬移”问题主要表现在支座的横向支反力、竖向支反力、梁体的横向位移和扭转变形上，因此，设计合理的限位措施，就是要避免支座横向支反力过大、避免支座出现脱空现象、避免弯梁与桥墩出现较大的横桥向相对位移、避免弯箱梁的扭转变形过大。

引起爬移问题的荷载因素，诸如温度效应、车辆行驶作用等是由外界条件决定的，一般是人为不可以控制的;因而，侧向限位措施主要是从弯桥自身的构造着手，比如支座类型的选择、支座的布置方法、箱梁截面形式、下部结构的构造形式等等。下面分别对一些限位措施进行介绍。

l)采用盆式橡胶支座。盆式橡胶支座是钢构件和橡胶相组合而成的新型桥梁支座，具有承载力大、水平位移量大、转动灵活等特点。支座按照使用性能分有三种型式，即双向活动支座、单向活动支座和固定支座，这三种型式的支座进行合理的布置后，能够很好地满足弯桥的变形特点，弯桥的受力、变形也比较明朗。双向活动支座能够很好地放松对弯箱梁的约束，避免弯梁在平面内出现额外的内力;单向活动支座不仅能够给弯梁作导向作用，还可以约束弯梁的横向位移;固定支座以及单向活动支座能够很好地使得梁体与桥墩协调变形。

2)如果弯桥的下部结构为柔性墩，即墩身较高、平面抗推刚度较小、柔度大，而且横桥向设置了两根墩柱，这样的连续弯桥可以采用较多的单向活动支座和固定支座，甚至可以采用墩梁固结体系。使得弯梁的平面内变形受到支座及其桥墩的约束，利用桥墩的平面抗推刚度来降低梁体的平面内变形，同时也利用桥墩自身的柔度来适应梁体的变形，从而达到梁体和桥墩的共同变形。利用高墩的柔性，这种协调变形是能够很好地发挥的。

3)减小下部结构的抗推刚度。随着桥墩高度的减小，弯桥下部结构的抗度刚度逐渐增大，可能会有部分支座出现平面支反力过大，以及墩底弯矩过大而出现墩底拉应力超出混凝土的抗拉强度的情况。此时，可以采取减小下部结构抗推刚度的方法，增加桥墩的柔度。具体的做法是:(1)优化基桩的布置，在满足其承载力的基础上，可以将群桩改为单排桩;(2)如果采用单排桩的下部结构柔度仍然不能满足要求，可以进一步采取取消承台的做法。

4)设置弹性侧向支承。桥台一般设置在与路堤相连的地段，即使是柱式墩台，由于高度非常有限，其抗推刚度是非常大的，特别是一些重力式桥台本身就是刚性的。因此，如果在弯桥的桥台处设置了单向活动支座或者固定支座，桥台处的梁体在横向可以被视为不可动的，梁端没有横向位移，相应端部的单向活动支座或者固定支座的平面支反力就会很大。对于该种情况，可以采取在梁端的梁体与防震挡块之间设置侧向弹性支承，即利用弹性支承来代替下部结构(桥台)的柔度，这不仅能够减小梁端支反力，还能够使得顺桥向各墩台的刚度协调，从而减小弯梁的横向位移。

侧向弹性支承的构造可以选择矩形四氟滑板橡胶支座，这种侧向支座能够满足梁体在纵向自由滑动，其技术参数主要控制了侧向弹性压缩量和承载力。

2.2、优化结构受力体系

弯桥由于弯扭耦合作用，使结构受力很复杂，在结构设计时，合理的选择设计参数，可达到优化结构受力的效果。一般有以下方法:

1)选择合理的支承方式

弯桥的不同支承方式，对其上、下部结构内力影响非常大，根据其结构受力特点一般采用的支承方式为:

(1)在弯桥两端的桥台或盖梁处采用两点或多点支承的支座，这种支承方式可有效的提高主梁的横向抗扭性能，保证其横向稳定性。

(2)在弯桥的中墩支承处可采用的支承形式很多，应根据其平面曲率、跨径、墩柱截面和墩柱高度及预应力钢束作用力的不同来合理地选用支承方式。经常采用的支承方式有:

a)墩顶采用方板或圆板橡胶支座，这种方式适用于中墩支反力10000KN以下弯桥梁，板式橡胶支座能够提供一定的抗扭能力，对梁有较弱的扭转约束，水平方向容许有剪切变形。

b)对于中墩支反力接近或超过10000KN的弯桥可采用单向、多向活动或固定的盆式支座或球形支座。这种支座可根据其受力需要固定或放开某方向的水平约束，但是这种支座对主梁的扭转没有约束，这时主梁在横向和纵向可自由扭转。

c)采用双柱中墩，或在选用矩形宽柱上设置双点支承。这种支承方式对主梁可提供较大的扭转约束。

d)采用独柱墩顶与梁固结的方式，墩柱可承担一部分主梁扭矩，对主梁的扭转变形有一定约束。

(3)对于较宽的桥(约桥宽B>12m)和弯半径较大(一般R>70m)的弯桥，由于主梁扭转作用较小，桥体宽要求主梁增加横向稳定性，故在中墩宜采用具有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。

(4)对于较窄的桥(约桥宽B<12m)和弯半径较小(一般R<70m)的弯桥，由于主梁扭转作用的增加，尤其在预应力钢束径向力的作用下，主梁横向扭矩和扭转变形很大。由于桥窄因此易采用独柱墩，但在选用支承结构形式时应视墩柱高度不同而确定。在较高的中墩(一般约H>8m)可采用墩柱与梁固结的结构支承形式。在较低的中墩(一般约H<5m)可采用具有较弱抗扭能力的单点支承的方式。这样可有效降低墩柱的弯矩和减小主梁的横向扭转变形。但这两种支承方式都需对横向支座偏心进行调整。

(5)墩柱截面的合理选用。当采用墩柱与梁固结的支承形式时就必须注意墩柱的弯矩变化。在主梁的扭转变形过大同时墩柱弯矩也很大(一般墩柱较矮的情况下)采用圆形截面墩柱固结是不经济的。首先，墩柱受力过大，配筋不易通过，仅仅加大墩柱直径，会使墩柱刚度增加很多，在预应力径向力作用下墩柱径向弯矩和在温度荷载作用下纵向弯矩都会增加，合成后的弯矩会更大，更不利于墩柱受力。其二，圆形截面墩柱对主梁的扭转约束相对较小，不利于减小主梁的扭转变形。但对于上述情况的弯桥如采用扁高矩形截面墩柱时，就可有效避免以上不利情况的发生。因为扁高矩形截面沿主梁纵向抗弯刚度较小，而沿主梁横向抗弯刚度较大，这样既减小了墩柱的配筋又降低了主梁的横向扭转变形，更适合其受力特点，从而达到墩柱与主梁两全其美的效果。

(6)在弯桥的中墩和桥台处不应全部设置为活动支座，应至少设置两个中墩多向固定支座，在桥台于主梁侧面宜设置防侧滑装置。这一点主要是因为采用没有水平位移约束的活动支座时，弯梁在温度及汽车活载的离心力和制动力长期反复作用下容易产生主梁向弯外侧及汽车制动力方向的水平错位。

2)调整支座偏心改善结构受力

(1)预设支座偏心来改善弯桥内力的原理很简单。中间支座为点铰式弯桥，其最大扭矩集中在梁端附近，若使中间支座向弯外侧偏离，中间支座竖向反力对弯梁剪切中心的偏心力矩将使弯梁产生分布的内扭矩(边跨内扭矩最大)，且符号与无偏心时扭矩相反，中间支座无偏心时外荷载产生的扭矩与中间支座偏心力矩产生的扭矩叠加，使梁端截面的扭矩绝对值减小。但同时，其它截面的扭矩绝对值可能会有所增加。适当的选取支座偏心值，可使最大正扭矩与最大负扭矩的绝对值接近相等。通过调整支座预偏心，使弯梁内扭矩绝对值的最大值降低，全桥扭矩分布均匀。这样可以充分利用了混凝土截面提供的抗扭刚度，节约抗扭钢筋的数量。同时也减小了桥台的扭矩值，简化桥台及及其支座的设计。因此，预设支座偏心是一种不需增加任何投资而达到改善内力，节约材料目的的好办法。

三、结束语

弯桥设计在重难点在于对弯桥的力学性能的正确把握。由于设计软件更新的日新月异，很多年轻的设计人员淡化了对结构的力学分析，加之现代社会对设计提出“重生产，提效率”的要求，结构分析日益不受重视。但对于路桥设计人员，力学分析才是立足之本，也只有这样，才能更好的与社会接轨，与生活和谐。

参考文献：

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【2】 吕建鸣. 弯箱梁桥三维仿真分析[J]工程设计CAD与智能建筑, 2001, (06) .

【3】 张伟. 弯梁桥的加固施工[J]桥梁建设, 2001, (04) .