小半径连续弯梁桥中间独柱墩横桥向偏心设计

许江林

（深圳市市政设计研究院有限公司，广东 深圳 518029）

小半径连续弯梁桥中间独柱墩横桥向偏心设计

许江林

（深圳市市政设计研究院有限公司，广东 深圳 518029）

小半径连续弯梁桥中支点设独柱墩时，往曲线外侧方向设置预偏心，将极大改善因弯扭耦合作用产生的主梁扭矩以及内、侧支座的不均衡反力。结合工程实例，以主梁扭矩分布的均匀程度、内外侧支反力的均衡程度等作为指标，获得预偏心的合理设计值。有关经验供相关专业设计人员参考。

小半径连续弯梁桥；独柱墩；预偏心

0 引言

连续弯梁桥中间支承采用独柱墩，有节省造价、美观、桥下视野好等优势，在城市立交匝道桥上被广泛使用。特别当桥下有下穿道路时，独柱墩的设置极大地提高了桥跨设计的灵活性。由于弯扭耦合作用，弯桥主梁将产生往外扭转的趋势，半径越小趋势越明显。在中支点布置独柱墩，主梁的扭矩不能传递到墩柱上。如果独柱墩都设置在主梁中线上，主梁的扭矩将由中跨向边跨不断累积，使梁端存在很大的扭矩，梁端内侧支反力远小于外侧支反力，甚至出现负反力。如果给予独柱墩往曲线外侧一定的偏心值，则可以调整主梁扭矩分布，降低梁端扭矩并使内外侧的支反力变得均衡。本文以某城市立交的小半径匝道桥为例，对独柱墩采用不同的偏心值进行主梁结构计算，以主梁扭矩分布的均匀程度及梁端内外侧支反力的均衡程度为指标，确定最优的偏心设计值。

1 工程实例

以某城市立交跨径组合为3×20 m的单箱单室预应力混凝土现浇箱梁桥为研究对象，桥宽8 m，主梁中心线半径60 m，桥跨布置和主梁横断面分别如图1和图2所示。端支点设置双支座，支座间距3 m，中支点设置单支座，并设置往曲线外侧的预偏心值e，需通过计算分析确定具体数值。活载为城-A荷载，最多布置两列车道。

图1 桥跨布置（单位：m）

图2 主梁横断面（单位：m）

通过对主梁进行空间结构计算，获得在独柱墩采用不同的偏心值（e=0～0.6 m）时主梁的内力以及支座的反力，并以此为依据确定最优的偏心设计值。本文采用空间有限元程序Midas Civil进行计算，模型如图3所示。

图3 有限元模型图

2 计算结果

随着偏心值从0（不偏心）增大至0.6 m，主梁的纵向弯矩、扭矩、最大或最小支反力分别如图4～图7所示。

图4 主梁正弯矩图

图5 主梁扭矩图

图6 最大支反力图

从图4可以看出，随着偏心增大，主梁跨中正弯矩稍有增大，而中支点的弯矩（负弯矩绝对值）却稍微下降，这是因为往曲线外侧的预偏心产生的梁体往曲线内侧的扭转卸载了中支点负弯矩，使跨中弯矩增大。从图5可以看出，随着偏心增大，梁端扭矩（绝对值）显著减小，中支点扭矩（绝对值）显著增大；偏心为0.5 m时，中支点扭矩接近梁端扭矩；偏心为0.6 m时，中支点扭矩反超梁端扭矩。从图6和图7可以看出，未设偏心时，端支点内侧支反力远小于外侧，甚至出现负反力。随着偏心增大，内侧支反力显著增大，外侧支反力显著减小；偏心为0.6 m时，内、外侧支反力已非常接近；中支点支反力随偏心变化不明显。

图7 最小支反力图

以梁体扭矩分布的均匀程度作为评价参数时，预偏心0.5～0.6 m时最为理想，梁体扭矩峰值降到最低，继续增大偏心反而使扭矩峰值上升；以端支点内、外侧支反力的均衡程度作为评价参数，预偏心0.6 m时最为理想，内侧支反力接近外侧，继续增大偏心反而使内侧支反力超过外侧。综上，本例将预偏心设置为0.6 m，此时，主梁纵向扭矩分布均匀，端支点内、外侧支反力较为平衡，结构受力合理。

3 结语

从本文案例的计算结果可以看出，中墩向曲线外侧设置预偏心，对主梁纵向受力影响微小，却能有效改善主梁的扭矩分布，降低扭矩峰值，平衡内、外侧支反力，使结构受力更为合理。鉴于弯梁桥受力情况复杂，受曲线半径、桥跨布置、支座布置等多因素影响，设计师在具体工程的设计中，可参考本文的方法，以主梁扭矩分布及支反力作为指标，设置合理的预偏心值。

U442.5

B

1009-7716（2017）08-0095-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.08.029

2017-03-30

许江林（1986-），男，福建泉州人，工程师，从事桥梁设计工作。