曲线桥梁中墩梁固结的若干问题探讨

邓志刚 张定马

(武汉中咨路桥设计研究院有限公司，湖北 武汉 430000)

曲线桥梁中墩梁固结的若干问题探讨

邓志刚 张定马

(武汉中咨路桥设计研究院有限公司，湖北 武汉 430000)

以实际工程为依托，探讨了曲线桥梁在墩梁固结时，采用不同的墩柱直径，在各种荷载组合条件下，主梁的支承反力、纵向扭矩值的变化规律，并提出了一些合理化的设计建议。

曲线桥梁，墩梁固结，直径，规律

随着现代化建设的发展，我国交通系统的压力越来越大。为了保证交通顺畅，桥梁的走向必须服从线路的整体走向，造成曲线桥梁在高速公路互通匝道或城市立交中的应用越来越普遍。

下部支承的结构形式会影响结构及墩柱内力的大小及支座内力的分布，通常我们会采用墩梁固结的结构形式来改善桥梁的受力状况。在不同的墩柱直径情况下，主梁的支承反力、纵向扭矩值不同。本文针对这一问题，采用MIDAS程序对桥宽8.3 m、跨径组合为(25+30+30+25)m的现浇预应力混凝土连续箱梁进行研究。在墩梁固结时，进行不同直径的空间模拟计算，总结出一定的规律，并提出了一些设计思路。

1 曲线桥的结构受力特点

曲线梁桥由于主梁的平面弯曲使得下部结构墩柱的支承点不在同一条直线上，构成了其独有的受力特点：1)梁体的弯扭耦合作用，在主梁自重和预应力钢束作用下，同时产生弯矩和扭矩，并相互影响，使梁处于弯扭耦合状态；2)弯桥在外荷载的作用下，还会出现横向弯矩；3)由于弯扭耦合作用，弯桥的变形比同跨径的直桥要大，外边缘的挠度大于内边缘的，而且半径越小，桥越宽，这一趋势越明显。同时在梁端可能出现翘曲，当梁端横桥向约束较弱时，梁体有向弯道外侧“爬移”的趋势;4)主梁的扭转传递到梁端部时，会造成端部各支座横向受力分布严重不均，甚至使支座出现负反力。汽车荷载的偏心布置及其行驶时的离心力，也会造成曲线梁桥向外偏转并增加主梁扭矩和扭转变形。

2 曲线桥支承设计

2.1 工程概况

某匝道桥为(25+30+30+25)m四跨现浇预应力混凝土连续梁桥，桥宽8.3 m，单箱单室截面，梁高1.6 m，桥梁中线半径为150 m。边支承为板式橡胶支座，内外侧各1个，柱式桥墩，中墩为D=1.8 m的独柱，墩梁固结。桥梁横断面、模型分别见图1，图2。

2.2 设计思路

本计算在跨径、桥宽、断面形式及材料等其他条件相同情况下，将墩柱与主梁直接固接，然后分别选取中墩D=1.5 m，D=1.8 m，D=2.0 m三种柱径，边支承条件为2个板式橡胶支座，支座间距为3.5 m，分别研究以下三种组合下支反力、扭矩的变化规律：

组合一：自重+二期恒载+预应力+收缩徐变+活载；组合二：自重+二期恒载+预应力+收缩徐变+升温+活载；组合三：自重+二期恒载+预应力+收缩徐变+降温+活载。

2.3 设计结果

2.3.1 支反力

全桥共7个支座，3个固接中墩，各支座及中墩墩顶的竖向反力如图3～图5所示(其中，1w表示1号墩处外支座反力，1n表示1号墩处内支座反力，2～4表示2号～4号墩处支座反力，5n表示5号墩处内支座反力，5w表示5号墩处外支座反力)。从图3～图5中可以看出：三个组合下中墩的支反力明显大于边墩。在组合一作用下，桥梁中墩直径的大小对中墩竖向反力的大小有一定的影响，但影响不大，中墩竖向反力随着中墩直径的增加而增加，对边支座内外侧反力的分布仅有轻微的影响，当中墩直径增加，边支座内外侧的差值随着柱径的增大而减小；对于荷载组合二、三而言,同样存在类似的情况，3个中墩的反力均随着柱径的增加而增加，边支座内外侧的差值随着柱径的增大而减小，支反力及墩柱柱顶反力变化不大。总体分析表明，在墩梁固接的情况下，边支座受力比较均匀合理，柱径对边支座反力的影响也不大，这表明当墩柱达到一定高度的情况下，墩梁固接是比较好的支承体系。

2.3.2 扭矩

不同柱径时，各主要断面在各阶段下的扭矩值见图6～图8。

由图6～图8可以看出，在组合一作用下，扭矩的峰值多位于1/4L或3/4L等断面，且扭矩值随着墩柱直径的增大而减小，在中墩断面，扭矩值比较小，受墩柱直径的影响不大；在组合二作用下，扭矩值在梁端受墩柱直径的影响大一些，即墩柱直径越大，梁端扭矩值越小，同时也减小了桥梁中部各断面的扭矩值；在组合三作用下，梁端的扭矩较大，且扭矩值随着墩柱直径的增大而减小，全桥各断面扭矩值受墩柱直径的影响不大。说明原桥设计中如果将墩梁固接，在选用柱径时，重点要考虑墩柱本身的受力问题，如果墩柱本身受力没问题，就应该尽量选用小直径的中墩。

3 主要结论

本研究依托工程为基础，对墩梁固结支承条件的箱梁进行了拓展计算，并对箱梁的支反力、墩柱竖向力及主梁的扭转变形、扭矩值进行研究，找出了各种变化规律，得出如下结论：当采用中墩墩梁固接方式时，采用常规墩柱直径(1 m～2 m范围)对主梁扭转的约束效果差别不大，因此墩柱直径选择可综合美观、承载力合理选取。

[1] 邵容光.混凝土弯梁桥[M].北京：人民交通出版社，1996.

[2] 周若来，陈卫东.曲线梁桥常见病害与设计要点[J].中外公路,2008(6):149-151.

[3] 孙广华.曲线梁桥计算[M].北京：人民交通出版社，1997.

Discussion on some problems of curve bridge pier girder consolidation

DENG Zhi-gang ZHANG Ding-ma

(Wuhan Zhongzi Highway and Bridge Designing Institute Corporation, Wuhan 430000, China)

Relies on the project as the basis, to explore the curve bridge on the pier beam consolidation, using different pier column diameter, in various combinations of load conditions, the supporting force of main girder, vertical torque variation, and put forward reasonable suggestions.

curve bridge， pier beam consolidation， diameter， law

1009-6825(2014)31-0188-03

2014-08-29

邓志刚(1982- )，男，工程师； 张定马(1978- )，男，高级工程师

U443.22

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