预应力混凝土小半径现浇箱梁桥设计

郭伟宏

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司)

预应力混凝土小半径现浇箱梁桥设计

郭伟宏

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司)

预应力小半径现浇箱梁结构的桥梁是目前全国桥梁建设当中使用比较广泛的一种方法，其本身也属于一种比较前端的技术方式，就我国当前预应力混凝土连续弯箱梁结构桥梁的实践的经验进行分析，小半径箱梁结构桥梁使得我国桥梁的质量以及各个方面的性能都得到了很好的提高，其对我国桥梁建设事业所作出的贡献是不容忽视的。就预应力小半径弯箱梁桥设计进行了研究。

预应力;小半径;弯箱梁桥;设计分析

1 预应力混凝土小半径现浇箱梁力学特性

预应力混凝土小半径现浇箱梁在竖向荷载作用下，由于曲率半径的影响，必然产生扭转，而扭转又导致挠曲变形，这样梁体不仅受弯矩作用，同时还受扭矩作用，这称之为弯扭藕合作用。弯扭耦合作用导致曲线箱梁桥具有以下几点力学特性。

1.1 梁内外侧受力不均

因为扭矩影响而导致外梁超载以及内梁卸载等现象的发生，使得等梁桥的外边弯曲应力远远超过内边缘，内梁与外梁出现了非常严重的受力不均现象，反应到箱梁上就是内外腹板受力不平衡，在活载偏置的情况下，内梁支点将会形成负反力，在严重的情况下，还有可能导致梁体和支座脱离问题的发生。

1.2 挠曲变形

预应力混凝土小半径现浇箱梁的挠曲变形是弯曲和扭转的迭加。

1.3 横向水平力

汽车在预应力混凝土小半径现浇箱梁上行驶的时候，会导致桥梁形成水平方向的离心力、预应力、混凝土收缩续编与温度变化等会导致桥梁形成纵向水平力以及横向水平力，外荷载对桥梁形成的横向水平力会导致梁体截面扭矩以及桥墩弯矩的不断增加，并有可能造成横向的位移或者是桥梁在平面的转动。

1.4 翘曲与畸变

对于预应力混凝土小半径现浇箱梁，由于在弯扭耦合的作用下会出现综合截面应力相对直线桥梁而言较大的问题，特别是在截面扭转以及畸变作用下，这一问题更突出。在设计过程中可以采取增设横隔板的设计处理方式，尽可能的控制截面畸变变形。

2 预应力小半径弯箱梁桥病害及应对措施

2.1 弯箱梁病害及成因

(1)梁体向曲线外侧径向侧移

曲线梁随着汽车活载的离心力以及制动力长时间不断的作用，很容易导致曲线外侧以及汽车制动力方向位置的偏差。通常情况下，匝道桥基本上都是单向行驶的，因此，这种作用力往往都是固定在某个位置上。需要注意的是，在主梁偏移的情况下，会使得每一个支承和主梁所在的位置发生改变，导致主梁逐渐往外倾斜，使得主梁扭矩不断的增加，在严重的情况下，还会导致主梁滑落现象的发生，导致这种现象出现的主要原因在于支座设置的不科学性，其全联支承体系扭转水平与水平方向抗滑效果都非常弱，在预应力混凝土小半径现浇箱梁的中墩以及桥台的位置不可以将其设置为活动支座，应该保证设置1个固定支座在桥台位置或者是桥墩的位置。

(2)梁体曲线内侧支座脱空

结构由于受到了较大扭转作用，使得布置的支座无法发挥出抗扭效果，使得端支座承担扭矩加大，在端横梁宽度较短的情况下很有可能发生支座脱空。

2.2 针对病害采用的措施

把中墩位置的横梁制作成为和桥面宽度一致的或者是超过桥面宽度，确保支座的横向布置具有着充分的距离，防止导致支座脱空现象的发生，在支座的邻近位置应该进行抗拉拔装置的设置，以此来确保横向整体的稳定性。

2.3 曲线弯箱梁横向稳定性研究

对于弯箱梁的设计利用了容许应力的方法，在强度设计的时候，应该注意的是，截面的应力不能够超出材料所能够容许的应力。因为弯箱梁主梁利用了薄壁断裂的方法，因此，对于构件的刚度以及稳定性都有着非常高的要求。文章作者结合了具体的工程实例，对小半径曲线弯箱梁桥结构横向稳定性进行了简单的分析与探讨。

3 小半径弯箱梁桥设计应注意的问题

3.1 要重视剪力滞效应

箱型梁横向在垂直荷载的作用下，产生了纵向弯曲荷载，并且荷载还表现出对称的特征，随着对称荷载的作用，弯曲应力会体现出非常明显的不平衡现象。所以，在具体的施工过程当中，在进行小半径弯箱梁结构计算的时候，也一定要考虑到弯箱梁的上下两翼板的宽度，然而，在实际操作当中，有很多的桥梁建筑工程在进行计算的时候，并未这样做，人们更多的是通过乘以1.15片偏载系数的近似的计算方式进行计算。然而，这种计算方式存在着非常明显的不足。首先，1.15系数具有着很大的局限性，其通用性较低。其次，通过这种方法所计算出来的曲线弯箱梁桥结构不正确，无法更加全面客观的体现出剪力滞效与有效分布宽度这两者之间的关联。

3.2 支座脱空问题

小半径弯箱梁桥承受的弯矩以及剪力的大小与直梁桥所能够承受的弯矩与剪力大小进行比较，这两者之间没有太大的差距，然而，这两者在扭矩值方面却存在着非常大的区别，往往表现为弯矩与剪力差距较小，而扭矩值在有些情况下会有几倍的差距，尽管部分中墩的布置形式是一根墩柱的单支座模式，然而，其会在两端位置的墩旁布置成双支座形式。

3.3 小半径弯箱梁桥的径向力效应

在原先的线路曲线弯箱梁桥设计当中，一般都会把支座固定或者是将定向活动支座的方位设置在中墩的位置，其两端墩的位置会受到径向作用的影响。然而外在的离心力、制动力与温度都会对支座造成不同程度的影响，还会在支座的径向约束的作用下形成径向力。通常情况下，在半径很大的情况下，其径向作用力将会越小。所以，在小半径弯箱梁桥设计的时候必须要注意径向力效应。

4 预应力小半径弯箱梁桥设计案例

4.1 总体设计

设计荷载是城－A级。温度荷载是结构体系温差在20℃左右，弯箱梁顶板日照升温16.5℃。桥面净宽是8.5～22.05 m。设计车速是40 km/h。抗震等级是根据当地的地震烈度－6度设防(桥址区域地震基本裂度为7度)。

4.2 预应力小半径弯箱梁桥设计

桥梁上部结构为四跨一联预应力混凝土连续曲线弯箱梁，其位置是在圆曲线以及缓和曲线上，曲线半径最小是120 m。分跨布置为:29.5 m、30 m、30 m、29.5 m 之和，经过计算该值为149 m。主梁是单箱双室变为单向三室弯箱梁，梁高在第一跨是1.6 m，梁高是跨径的1/19。顶板宽8.3～21.85 m，底板宽 4.0 m，弯箱梁翼板悬臂1.5 m，腹板厚度为0.5 m，顶、底板的厚度为0.25 m。支点的位置进行横隔梁的设置，中横隔梁的宽度设置为2.5 m，端横隔梁的宽度设置为1.5 m。

弯箱梁利用预应力体系。纵向预应力筋利用了具有着极其高强度的低松弛钢绞线(15－12及15－9)。由于弯箱梁曲线半径较小，弯箱梁采用分段浇筑张拉的方式(先浇筑张拉BP2～BP5，两端张拉，再张拉两边预应力以减少预应力损失)。

因为这种桥的曲线半径相对而言比较小，结构在荷载的不断作用下，弯扭耦合作用突出，结构扭矩非常大，为了能够进一步的降低扭矩。在一联两端采用设置双支座，由于中墩墩高均在18m高左右，其他位置均采用墩梁固结形式。

5 结束语

文章结合作者多年的工作经验，论述了在进行曲线弯箱梁桥结构的设计与计算的时候，应该结合建设桥梁的具体情况以及各方面的因素来选择最为科学合理的设计理论。此外，还需要注意剪力滞效应对弯箱梁桥设计所造成的影响，另外，不能够忽视支架脱空与径向力的问题，应该保证制作设计布置的科学性与合理性，从而来避免支座脱空现象的发生。小半径预应力混凝土现浇箱梁的设计计算相对而言较为繁琐，然而借助于高精度的有限元分析计算的方式，却能够在确保计算精度的基础上了解到结构的受力情况，结合具体的情况，在设计的过程当中采取有效的解决对策，为设计出科学、合理、经济、安全的桥梁曲线奠定坚实的基础。

［1］乐小刚，余晓琳.城市高架曲线弯箱梁桥的设计［J］.钢结构，2007，22(10):68.

［2］胡立新.弯箱梁匝道弯桥计算的初探［J］.城市道桥与防洪，2010，(6):129 －131.

［3］满建琳.钢混凝土组合曲线连续弯箱梁桥静力性能与应用研究［J］.重庆交通大学，2013，5(13):56－58.

U442

C

1008－3383(2015)04－0145－02

10.16402/j.cnki.issn1008-3383.2015.04.106

2014－12－15