小半径连续曲线箱梁桥设计要点

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1、小半径连续曲线箱梁桥设计要点　　摘要：直线梁桥复杂，为保证结构安全，其设计时需验算的内容较直线桥多，尤其是箱梁剪扭组合验算及腹板束防崩设计，应引起设计人员足够的重视。本文结合某小半径连续曲线箱梁桥的工程例子，按梁格法进行建模计算，并且总结了结构构造的处理措施。关键词：小半径；弯梁桥；梁格法；空间分析；中图分类号：U448.21文献标识码：A1前言曲线梁桥在公路和城市立交桥的设计中，因为适应的方向线具有良好的能力，减少障碍，改变人力和材料成本，再加上曲率半径小，造型美观等优点，是一种广泛使用的桥型。由于地形条件和线性约束，对曲线梁桥小半径曲线的出现是必然的，曲线梁

2、桥与直梁桥的几何特性相比，具有更复杂的几何特性、决定了期更复杂的受力和变形特点。小半径曲线梁桥不仅具有弯矩，扭矩，曲线梁桥的耦合作用，而且还有弯矩、扭矩的耦合作用，这给弯梁桥的结构设计及计算分析带来较多的困难和不便。在本文中，结合小半径连续曲线箱箱梁匝道桥的工程实例的半径，通过计算和分析梁格法建模，结了结构构造的处理措施。2工程概况8某匝道桥跨径组成为4×25m，桥宽为16m。桥面铺装采用10cm厚的水泥混凝土。桥梁平面位于R=58m的圆曲线及A=40m的缓和曲线上。纵断面位于纵坡为1.42%和－3.96%，半径为1500m的竖曲线上。桥梁设计荷载等级为公路－Ⅰ

3、级。以此为背景，通过结构计算分析，总结曲线箱梁受力特征，探讨其受力特点及构造处理。3曲线梁上部结构受力特点立交匝道桥受多种因素的限制，桥面宽度窄且多为小半径曲线桥，而且设置较大超高值；为了与两侧衔接，匝道桥往往设置较大纵坡且长度较大，因此匝道桥具有斜、弯、坡、异形等特点，给桥梁的线型设计和构造处理带来很大困难。弯扭耦合效应是曲线梁桥力学性质的最大特点，曲梁在外荷载的作用下会同时产生弯矩和扭矩，并且互相影响，使梁截面处于弯扭耦合作用的状态，其截面主拉应力往往比相应的直梁桥大得多，这是曲梁独有的受力特点。8弯梁桥由于受到强大的扭矩作用，产生扭转变形，其曲线外侧的竖向

4、挠度大于同跨径的直桥；由于弯扭耦合作用，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。在曲线梁桥设计中必须考虑足够的抗扭刚度。而现浇箱梁以良好的结构受力性能和美观特点成为曲线桥设计中常用的截面型式。箱梁要在桥跨范围内设置一些横隔板，以加强横桥向刚度并保持全桥稳定性。在截面发生较大变化的位置，要设渐变段过渡，减小应力集中效应。在进行配筋设计时要充分考虑扭矩效应，且应配置较多的抗扭箍筋。4结构计算模型曲线梁桥处于空间曲杆的受力状态，正确分析其在恒载、活载及预应力作用下截面的受力状态，十分复杂。目前较常采用曲梁单元分析法和梁格单元分析法。

5、什么情况采用何种计算方法能满足设计要求，对于结构的安全至关重要。一般当桥梁跨径和宽度相比较大(一般达到3～4倍以上)，可以保证结构在荷载作用下除沿其跨度产生弯曲和扭转外，横截面的翘曲和畸变可以忽略不计时，可采用曲梁单元进行建模计算。该桥宽度较宽，采用曲梁单元进行建模计算显然精度不能满足要求，故采用梁格法进行建模分析。梁格法的实质就是用一个等效的平面梁格或空间构架来代替实际的上部结构。梁格的划分对于不同的结构，有不同的规定，对于箱梁梁格划分，一般假定梁格网格是在上部结构弯曲的主轴平面内，全部纵向构件均与纵向腹板相重合，采用这种布置可使腹板剪力直接由横截面的同一点上

6、的梁格剪力来代表。在实际程序计算时，有时为了加载的方便，采用沿箱梁悬臂边缘设置虚梁的方法。对于横梁的划分间距，不宜取的太稀疏，一般取1/88跨径左右，对于设置横隔板的位置，必须设置横梁。对于纵向梁格的惯性矩和截面模量必须绕整体上部结构的主轴来计算，在实际计算中，可以采用在箱梁顶底板不同位置切开的方法进行处理，使每个梁格的重心与主轴重合。对于横梁的横向弯曲，是顶板和底板一致的绕它们共同重心的水平中性轴而弯曲，在实际计算中，可以采用二字型或工字型(横隔板处)断面进行模拟。根据上述规则，该桥共划分5条纵梁，其中2条虚梁用来加载，虚梁取两侧护栏的重心位置。横梁间距按2m

7、进行划分，采用空间结构分析程序进行建模，共划分为788个单元，11个施工阶段。5曲线梁桥空间分析曲线桥桥型的受力特点与传统的直线梁桥受力有很大不同，如何合理确定结构的支撑体系、支座位置设置及偏心调整、活载内力和偏载对结构受力的影响都是工程师们重点考虑的问题。曲梁计算方法主要有：梁格系分析法、基于变分原理的解析法、基于数值分析的有限元法。在工程实践中，梁格法以易于程序化及操作相对简便、易于理解而得到了较多的使用。其基本思路是将桥梁上部结构离散为一个刚度近似等效的梁格体系代替，分析这种等效的梁格后再将其结果还原到原结构中得到所需的计算结果。8梁格法将上部梁结构用等效

8、的梁格来模拟，对钢筋混凝