摘要：在现今公路，城市高架桥和立交桥设计中建设中，部分桥梁在布线时受平面线形的影响而位于平曲线内。针对此情况，本文对弯桥设计中主要考虑的一些因素作出阐述，可供设计人员进行弯桥设计时，阐述其结构特点及常出现的病害、设计特点及构造原则，并针对支座、预应力等方面提出可行的设计方法。
关键词：预制版梁；曲线箱梁桥；支座；预应力；设计
近来我国交通行业越来越受到重视，交通事业的迅猛发展，使国内公路工程建设进入黄金时代。公路、城市道路等级不断提高，在设计总体布局方面要求桥位确定、桥梁设计应服从路线线形标准设计。所以为了满足布线时的平曲线形指标，就会有部分桥梁在路线总体线形限制下处于曲线段，使桥梁结构类型的选择、结构计算方面难度加大。同时从桥梁美观学考虑，曲线桥梁在整体布置方面要求更高。因此曲线桥梁的设计计算就显得尤为重要。高速公路、城市立交桥和高架桥日益增多，要求路线线形顺畅，桥梁服从路线走向，因此，弯桥的设计修建与日俱增。弯桥的应用不仅大大减小了桥梁与道路连接部分线路的长度，很好地适应桥址受地形地物限制的需要；还大大改善了改善道路线形，而且由于其线形平顺、流畅，给交通行车带来方便，有着广阔的前景。
弯桥结构总的受力特点是在竖向荷载作用下发生弯曲时还伴随着扭转，因此一般采用箱形截面。弯桥在扭矩荷载作用下发生扭转时还伴随着弯曲，导致弯扭耦合，其受力情况要比正交桥复杂，需要考虑空间的受力特性，而不同型式的弯桥又有各自不同的特点，给结构分析和设计带来了一定的难度。
曲线弯桥的受力特性主要取决于曲率的大小，除上述弯桥总的受力特点外，一般还具有以下特性：
（1）弯桥的挠曲变形值一般要比相同跨径的直桥大。弯桥的挠曲变形一般与跨长l、曲率半径R、中心角α 以及弯曲与扭转的刚度比EI/GK 和纯扭转与弯扭的刚度比GK/EIω 有关，并与荷载的形式等有关；
（2）通常弯桥的桥面宽度与曲率半径之比越大，其与相当的直线桥的断面
内力之差就越大，应力分布就越不均匀；
（3）对于弯桥，由于扭转力矩的作用及截面翘曲的存在，扭转和翘曲产生
的应力使得弯梁的受力十分复杂；
（4）弯梁桥的反力与直桥相比，有外梁变大、内梁变小的倾向，故在内梁中
产生负反力的可能；尤其在曲率半径较小时，更容易产生负反力。
一、如采用预制方案有两种布梁方案：
（1）平行布梁 当曲线半径较大，桥跨总长不是很长的情况下可以考虑平行布梁方式。布梁过程如下：以桥跨起终的连线作为布梁基线，均分布梁基线，将其法线旋转至设计角度得到墩台轴线，按梁板的宽度偏置布梁基线与墩台轴线相交得到各片主梁的梁位。
据预先设置的E值可以大致推算出平行布梁的适用范围。从平行布梁的原理可以看出，全桥的墩台中心线均平行，从而保证每跨内梁板长度相同、板两端的角度相同，下部的盖梁尺寸亦相同。对施工来说平行布梁是最方便的布梁方式，它只需一套模板，甚至不用调整模板就能将所有梁板预制好。当然由表一可以看出平行布梁的适用范围相对较窄，位于大半径曲线中的单跨或多跨中小跨径桥梁才能适应此种布梁方式。
（2）径向布梁 采用平行布梁内外边梁悬臂长度调整幅度过大时，可以考虑采用径向布梁。径向布梁时，先作出各跨布置线与路线交点处曲线的法线，将法线旋转一个设计角度后得到各墩台盖梁的中心线，如图四所示。径向布置保证了墩台盖梁中心线与曲线切线方向的夹角相同，但同一跨前后墩台盖梁中心线不平行，故布梁后各片主梁梁长不同，内外边梁梁长差值即为内外弧长差。
二、现浇曲线箱梁方案：
曲线梁桥的分析理论多种多样，如单纯扭转理论、翘曲扭转理论、梁格系理论、梁系理论、正交异性板理论、板梁组合系理论、折板理论、多角形曲线桥理论、内力（或荷载）横向分布理论、有限单元法、有限条法、能量法、夹层板法等。国内外许多学者都对曲线梁桥的计算方法有过专门论述。特别是近几年来计算机技术的空前发展，使得曲线弯粱桥的空间计算分析成为可能。国内刘桂生、刘四田编制的基子不同空间单元的空间结构分析软件系统，采用不同的有限元形式，编制了针对曲线梁桥的专用计算程序，实现了对曲线梁桥的预应力筋束的配置、活载的空间作用等各种情况的静力分析手段。
曲线梁桥的受力特征与其各方面的特征有关，如曲率半径 R，跨径L，截面型式，宽跨比B/L，抗弯刚度EI，抗扭刚度 GID，抗翘曲刚度 EIW 及支承型式等。国内外许多专家学者针对不同的曲线梁桥结构型式，相继提出了各种各样的计算理论和分析方法，归纳起来大致可分为三类，即解析法，半解析法和数值法。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆实际上，每一种计算理论或分析方法都有其各自的特点与适用条件，因此在决定采用何种分析方法之前，首先应判定计算对象所采用的分析方法的假定条件是否满足，这对于使计算结果更好的符合计算对象的实际工作状态是十分重要的。
下面具体总结一下工作中的一点体会：
非重力荷载下平面弯梁的内力及内力横向分配：
（1）．温度变化，混凝土收缩
混凝土收缩可以按规范折算成温度均匀下降来考虑。可引起弯梁桥在水平面内的位移，这类位移属于弧线段膨胀或缩短性质的位移，它只涉及到曲率半径的变化，而圆心角不发生改变。温度变化、混凝土收缩使弯梁桥产生的内力，除水平弯矩My、轴向力Nz外，还有径向的水平剪力Qx。
弯梁桥水平温度力的特点及其与下部结构的关系：弯梁桥在温度变化时，一般会产生水平内力（桥越宽、半径越小、支座对水平位移的约束越大，水平温度力越大。设计中必须考虑这些力。） ；温度变化使梁在支座上位移的数值很小（在设计弯桥支座时，不要把它的横桥向位移固定死，只要让它发生很小一点横向位移，就可大大减小支座及梁的温度力。） ，对于弯梁，即使顺桥向布置了足够多的自由滑动支座，梁内仍然可能会有轴向力（这种轴向力是各支座的径向约束力在梁轴切线方向上的分力造成的）； 如果弯梁绕铅垂竖轴的转动位移在某个墩台上被固定死，这个墩台可能受到很大的水平转动力矩。当同一个墩台上设置多个制动支座时，会发生这种情况。减小弯梁桥水平温度力的措施：1、放松一部分墩台支座的径向约束； 2、采用弹性水平约束支座； 3、对于环形立交桥，可考虑将环道设计成连续的闭合圆环。
（2）．太阳照射、支座不均匀沉降；预加力和混凝土徐变
这类力将引起切线方向的位移。此时，曲率半径不发生改变，而圆心角却发生改变。 预偏心的设置
（1）如果曲线梁桥仅两端具有较强的抗扭约束，而中间各墩是没有抗扭约
束的点铰式支座，则可以将各中间支座预设偏心，即将点铰式支座的中心沿半径方向往曲线外侧移动一较小距离（通常在几十厘米），从而大大降低梁端的内扭矩。
（2）在具有刚性抗扭约束的支座上设置偏心不能改善梁内的扭矩。但是，如果桥墩虽然与梁固结，只要墩较高较柔，预设偏心仍有改善桥梁内力、改善桥墩受力的效果。
（3）具有点铰式中间支座的弯桥，如果对中间支座设置偏向梁的剪力中心线外侧的适当大小的偏心距，弯梁的内扭矩包络图以及两端桥台受力可以得到改善。在独柱式点支承弯桥内，上部结构偏心荷载产生的扭矩不能通过中间点铰支承传至基础，而只能通过两端桥台的抗扭线性支承来传递。在此情况下，中支点的作用只是起到减小弯曲长度的作用，上部结构的全长成为弯桥的受扭跨度。这对于大跨度弯桥，特别是大曲率弯桥会造成上部结构内部产生过大的扭矩，实际上控制了桥梁截面和剪力钢筋的设计。为了减小此项扭矩的影响，比较有效的方法是通过在中间支承设置抗扭线形支承来缩短弯桥的受扭跨度，例如采用双柱墩或Y形墩等。但是，这样会失去独柱式点支承弯桥在结构布局和美观上的许多优点，引起行车视野的遮挡。
另一种可以采用的方法是使中间支承向弯梁中心线外侧预设某一偏心值，这相当于增加一外扭矩，藉此来调整弯梁内的扭矩分布，使弯梁两端抗扭支承的扭矩峰值得到降低。一般说来，某一支承的偏心距主要影响到与该支承邻近两跨弯梁的扭矩分布，距该支承越远，受到的影响越小
由于平面圆弧曲杆挠曲与扭转的耦合，不但垂直于弯曲平面的竖向力可以产生弯矩和剪力等内力，竖荷载对曲梁剪力中心线的偏心扭矩也可以产生这些内力。所以，当利用影响线求活荷载产生的最大、最小内力（以及变形、支座受力等）时，需要两条纵向影响线，一条是单位竖向集中力P=1产生的，一条是单位集中扭矩T=1产生的。
但经过理论与实践证明：曲线梁桥的弯矩和剪力，主要是由荷载的竖向力效应引起的，荷载的扭矩效应所占比例很小。所以要计算活荷载产生的最大最小弯矩、最大最小剪力时，只要按P=1的影响线寻找最不利加载位置就可以了。为了求得曲线梁桥的最大、最小扭矩，应当按TzT影响线来决定活荷载的最不利位置。
同样的分析方法可以用于跨中位移、支座受力影响线。为了求得跨中的最大挠度、支座受到的最大竖向力Vs、支座受到的最大力矩Ms，应按照P=1影响线确定活荷载位置。为了求得跨中最大扭转角、支座受到最大力矩Ts，应按照T=1影响线确定活荷载位置。
以上是本人在工作中的一点体会，敬请大家批评指正。
参考文献：
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[2]王雪峰.预应力箱梁设计探讨.[J].公路与汽运.2006.1.
[3]丁雪松，刘旭锴.预应力曲线箱梁和异形箱梁的研究.城市道桥与防洪.2001.1.
[4]谢旭，黄剑源.曲线箱梁桥结构分析的一种有限元计算方法.土木工程学报.2005
论文作者:王强
论文发表刊物:《基层建设》2018年第3期
论文发表时间:2018/5/16
标签：支座论文; 曲线论文; 荷载论文; 扭矩论文; 位移论文; 曲率论文; 内力论文; 《基层建设》2018年第3期论文;