曲線預應力連續(xù)梁橋設計

1、曲線預應力連續(xù)梁橋設計劉 濤 (鐵道第三勘察設計院)摘要：通過分析曲線粱橋的力學特點，對預應力曲線連續(xù)粱橋設計實踐中涉及到的支座、橫隔粱設計，預應力束及普通鋼筋配置方法等諸多技術問題進行了深入探討。關鍵詞：曲線連續(xù)粱橋；支座；鋼柬；橫隔梁；側向防崩筋 1 引言 對于地理環(huán)境復雜地段，為了更好地適應橋址地形變化，美化環(huán)境，節(jié)約建設投資，曲線梁橋已成為首選方案。然而對曲線梁的結構計算理論尚缺乏深入研究，曲線梁橋具有如下特點： (1)由于曲率的關系，垂直荷載作用在曲線梁上時，同 時產生彎矩和扭矩，并彼此互為影響，因此在曲線梁橋上 的豎向撓度為彎曲與扭轉兩者豎向撓度的迭加，其值比一 般直線正橋大。 (

2、2)通常橋梁寬度與曲率半徑之比增長越大，則與有相同寬跨比的直線橋的斷面內力之差就顯得越大。 (3)對于曲線梁橋，由于旋轉力矩的作用，外梁內力較內梁大，所以內外梁應力產生差別構成不經濟斷面，與直 線橋相比造價較高。 (4)曲線橋中的橫梁起著保持全橋穩(wěn)定的重要作用， 因此與一般直線正橋相比需要加大橫粱剛度。 (5)曲線梁橋的反力與直線梁橋相比，有外梁變大內 梁變小的趨勢，因此在內梁中有產生負反力的可能。 (6)墩臺受力復雜，由于內外側支座反力相差較大，使 各墩柱所受垂直力出現(xiàn)較大差異。彎橋下部結構墩頂水平 力，除了與直橋一樣有制動力、溫度變化引起的內力、地震 力等。還存在離心力和預應力張拉產生的徑

3、向力。 在設計過程中，應根據(jù)其特點，采用合適的計算方法 及構造措施。 2支座設計 梁端支座在滿足承載力的前提下，橫向支座設置不應 多于兩個，以免形成支座脫空。 所有中墩支座，應橫橋向位移固定，可采用盆式或普 通板式橡膠支座。當橋長較大(如大于100m)，梁端支座應能順橋向自由滑動、橫橋向位移固定，可采用盆式橡膠支座，或附加橫橋向位移固定裝置的四氟板橡膠支座；當橋長較小時，梁端支座可以采用普通板式橡膠支座。為保證橋梁在使用過程各個工況條件下的穩(wěn)定性，作 用于支座的最小豎向力要滿足要求對于一般的曲線梁橋 應不小于80100kN。某立交橋在施工期間由于施工組織 不當，在施工瀝青混凝土鋪裝時匝道橋一側

4、排滿了10余 輛料車，造成一聯(lián)匝道連續(xù)箱梁側翻，經檢算支座最小豎 向力僅為20kN。因此支座豎向受力不僅要大于0，而且要 有一定的安全儲備，因為任何計算都是有誤差的。當支座 出現(xiàn)負反力時，應采用調整中墩偏心加大扭胯支座間距 的方法來滿足支座豎向力的要求。 3預應力鋼束的布置 對于曲線連續(xù)梁橋在跨徑較大時采用預應力混凝土 結構是有利的。它既可有效地抵抗彎梁橋中的截面彎矩、剪力和扭矩又可提高結構剛度，減小結構尺寸和增大跨越能力?？v向預應力鋼束的配置應盡可能使預應力束的平面布置于曲梁的軸線和預應力的壓力線一致，預應力鋼束的水平作合力作用點連線與梁中性軸相吻合。否則由于預應力鋼束具有平面曲率，預應力束

5、產生對梁的水平徑向作用力。這種水平力對梁的剪力中心的偏心扭矩會使曲梁產 生附加彎矩和扭矩。 預應力梁理論中壓力線的定義為：預壓力對梁的形心 偏心距。壓力線限制區(qū)為滿足梁的上緣應力、下緣應力均 大于0或某一指定拉應力，壓力線不得越出的區(qū)域壓力 線越出限制區(qū)的上邊界，梁的下緣將出現(xiàn)拉應力或拉應力 過大，反之上緣將出現(xiàn)拉應力或拉應力過大。限制區(qū)的寬度 與有效預加力的大小有關限制區(qū)的上界與下界相交，表示 有效預壓力不足。應增加鋼束；上界與下界之間寬度過大，表 示預壓力富裕，可減少鋼束：而較經濟的設計是上下界之間 寬度盡可能小，同時又能將整條壓力線包絡住，如圖1。壓力線調整方向與鋼索的調整方向有一致性如

6、果在中間支座處壓力線越出了上界如果壓力線在此處下降。則把鋼束在此處的位置往下壓或者把兩相鄰跨中的鋼束向上抬； 如果壓力線在某跨間位置太高，則把該跨間的鋼束下壓?；蛘甙褍上噜徶ё庝撌咸В虬褍上噜徔缈缰械匿撌咸?。則可使其下降。曲線梁橋靠曲線外側的主梁其彎矩一般比內側主梁大但外側主梁需要的鋼束數(shù)不一定要比內側主梁多，這是曲線梁的平面彎曲效應的結果。假定一多跨連續(xù)曲梁僅僅在一個中墩上存在水平位移和繞豎軸轉動約束其他墩臺的約束都為0，在預應力的作用下，曲梁軸向縮短，半徑變小，梁端發(fā)生徑向位移；然而實際上，兩橋臺對徑向位移是會有約束的，這種徑向約束力把已經變小了的半徑再變大，內側主梁、外側主梁受到

7、附加的預拉力、預壓力，外側主梁受益?？傊髦髁侯A應力鋼束的配置應以壓力線限制區(qū)圖顯示的信息為準，它充分考慮了空間鋼索、空間變形、收縮徐變、體系轉換、荷載及施工措施的影響。4橫隔梁的設計 曲線箱梁橋的橫隔梁設置要比相應的直橋有所加強，如果不適當設置內橫隔梁，橫斷面的畸變引起的畸變應力可能會超過受彎正應力。 墩臺受到的豎向力，是通過梁的腹板傳來的。如果把橫隔板(連同前后各一部分上下底版)截取出來作為脫離體作用在脫離體的每個腹板上的豎向力(它來自每個腹板前后截 面上剪力)之和應與墩臺對它的豎反力向平衡，如圖2所示， 即：Vi：Ri (1)無論恒載、活載都應當滿足這個平衡條件。V1、V2、V3 之間

8、的大小關系對于恒載可根據(jù)力矩平衡條件確定。對于活荷載而言：當橫隔梁有最大橫彎矩的時候，墩臺的豎反力也一定或差不多是最大；墩臺的豎反力最大時，汽車一定滿布各車道，并且靠近該墩，這時各腹板承受 的豎向力雖然可能不會完全相等，但一定是大致均勻的。這樣可以確定最簡單的橫隔梁計算辦法，把豎反力均分到各腹板上，即使墩有偏心也這么做，馬上就可以按梁理論求出橫彎矩、橫剪力。把橫隔梁截取出來作為脫離體時與橫隔梁共同作用的頂?shù)装鍖挾群土焊吲c橫向跨徑或懸臂長度之比有關，和上下底板的厚度有關。橫隔梁兩側頂?shù)装甯魅?.5倍梁高與6倍箱梁頂板厚度的小者作為參與橫隔梁共同作用的上下底板的寬度，根據(jù)經驗這個取值是安全的。5側

9、向防崩鋼筋的設計在后張預應力混凝土連續(xù)梁橋中，當平面曲率半徑較小時，張拉過程中應考慮預應力筋束會否崩裂腹板的問題。這是由于具有水平曲率的縱向預應力筋束在張拉過程中產生對腹板混凝土的徑向壓力所引起?？椎乐袉挝婚L度預應力筋束的最大水平徑向壓力用下式計算：由于各種原因實際上的水平沖切力有可能比理論值大得多，在驗算配筋時應考慮適當?shù)陌踩禂?shù)。使用 對 曲梁腹板的彎曲承載力及抗沖剪強度進行驗算，確定腹板 內箍筋的直徑和數(shù)量及另需增添防崩箍筋的用量。參考文獻：1孫光華曲線粱橋計算M北京：人民交通出版社，1995。 2邵榮光混凝土彎粱橋M北京：人民交通出版社，1994。3高島春生(日)曲線粱橋M北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001。 4JTGD62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范 S。5林同炎，Ned HBums預應力混凝土結構設計M北京：中國鐵道 出版社。1983。6徐光輝，胡明義，等公路橋涵設計手冊K北京：人民交通出版