2018浅谈匝道弯梁桥设计

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　　摘要：结合笔者从事匝道弯梁桥设计的工作经验，以云杨公路回龙中桥的匝道桥梁施工图为依据，对D匝道连续弯梁桥设计特点进行简单介绍。
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　　关键词：匝道桥梁、弯梁桥、设计
　　Abstract：Combining with the author years experience in ramp curve beam bridge design, take ramp curve beam bridge design of Huilong middle bridge in Yunyang highway, D ramp continuous curve beam design performance will be simply introduced.
　　Key Words: ramp bridge; curve beam bridge; design
　　中图分类号：U445文献标识码：A文章编号：
　　1、概 述
　　云杨公路是云浮市干线路网的重要组成部分，是联系云浮新旧城区的重要通道，也是云浮城区通往都杨工业园区的主要公路交通干道之一，公路等级为一级。
　　 回龙中桥位于云杨公路起点与世纪大道交叉口处，桥梁上部采用现浇异形箱梁，主桥标准宽度为19.5m，右转车道宽为7.5m。桥面标高及横坡按交叉口设计。匝道设计速度：40km/h；汽车荷载等级：采用公路―Ⅰ级标准；无通航要求。
　　 该桥匝道桥位于平曲线为圆曲线与缓和曲线内，C匝道桥中心线半径为48m，D匝道桥中心线半径为60m。C、D匝道竖曲线两边纵坡分别为1.94％和1.9%，横桥向设有3％的超高。桥梁结构体系为单箱单室等截面钢筋混凝土连续弯梁桥。本文以C匝道桥施工图为依据，对C匝道连续弯梁的设计进行简单介绍。
　　
　　
　　2、构造设计
　　 直梁桥受“弯、剪”作用，而弯梁桥处于“弯、剪、扭”的复合受力状态，故上、下部结构必须构成有利于抵抗“弯、剪、扭”的措施。
　　2.1上部构造
　　 为了抵抗梁截面的弯矩和扭矩，C匝道桥均采用箱形截面，为了构造简单，方便施工，将主梁做成等高度的，其超高横坡由墩台顶面形成。上部结构采用梁高1.40m的等高度钢筋混凝土连续弯箱梁，等截面单箱单室顶板宽7.5m，顶板厚0.25m，底板宽4.65m，底板厚0.20m，腹板厚0.40m，全桥悬臂均为1.425m。梁体采用C40混凝土现浇施工。
　　 弯梁桥的弯扭刚度比对结构的受力状态和变形状态有着直接的关系：弯扭刚度比越大，由曲率因素而导致的扭转弯形越大，因此，对于弯梁桥而言在满足竖向变形的前提下，应尽可能减小抗弯刚度、增大抗扭刚度。所以本桥上部采用了低高度梁和抗扭惯矩较大的箱形截面。
　　 在弯梁桥截面设计时，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。在进行配筋设计时本桥充分考虑了扭矩效应，弯梁应在腹板侧面布置较多受力钢筋，其截面上下缘钢筋也比同等跨径的直桥多，且配置了较多的抗扭箍筋。
　　
　　
　　 2.2下部构造
　　弯箱梁桥中墩多布置成独柱支承构造。在独柱式点铰支承弯连续梁中，上部结构在外荷载作用下产生的扭矩不能通过中间支承传至基础，而只能通过曲梁两端抗扭支承来传递，从而易造成曲梁产生过大扭矩。为减小弯梁桥梁体受扭对上、下部结构产生的不利影响，可采用以下方法进行结构受力平衡的调整：为减小此项扭矩的影响，比较有效的办法是通过调整独柱支承偏心值来改善主梁受力。
　　 下部支承方式的确定。曲线梁桥的不同支承方式，对其上、下部结构内力影响非常大。对于弯梁桥，中间支承一般分为两种类型：抗扭型支承（多支点或墩梁固结）和单支点铰支承。由于本桥桥宽较窄（桥宽 B≤12m）和曲线半径较小（一般约 R≤100m），由于主梁扭转作用的增加，主梁横向扭矩和扭转变形很大，因此采用独柱墩和双柱墩。
　　 在选用支承结构形式时应视墩柱高度不同而确定。较高的中墩可采用墩柱与梁固结的结构支承形式。较低的中墩可采用具有较弱抗扭能力的单点支承的方式，这样可有效降低墩柱的弯短和减小主梁的横向扭转变形。但这两种交承方式都需对横向支座偏心进行调整。本桥在桥墩处设置了25cm支座预偏心。
　　 墩柱截面的合理选用。当采用墩柱与梁固结的支承形式时就必须注意墩柱的弯矩变化。在主梁的扭转变形过大同时墩柱弯矩也很大（一般墩柱较矮）的情况下，宜采用矩形截面墩柱。因为矩形截面沿主梁纵向抗弯刚度较小，而沿主梁横向抗弯刚度较大，这样既减小了墩柱的配筋又降低了主梁的横向扭转变形，更适合其受力特点。
　　 支座的合理选用。曲线箱梁桥支座的布置型式通常采用全部采用抗扭支承、两端设置抗扭支承，中间设单支点铰支承、两端设置抗扭支承，中间既有单支点铰支承，又有抗扭支承的混合式支承，下部墩柱应与之相匹配。对于多跨小半径曲线连续梁桥，全部为抗扭支承与中间为点铰支承的，两者在荷载作用下的弯矩和剪力值差别甚小，但对扭矩的影响，则随曲率的增大而加大。在中间设独柱式单支点的曲线连续梁内，上部结构的扭矩不能通过中间单支点支承传至基础，而只能由曲线桥两端设置的抗扭支承来传递。在此情况下连续梁的全长成为受扭跨度（扭矩的传递作用)，必然造成曲线桥两端抗扭支承处产生过大的扭矩，造成曲线梁端部内侧支座脱空，所以在必要时，,须对多跨桥梁中间墩设置两支点的抗扭支承。如果在中间墩点支承向曲线外侧方向预设一定偏心值，就可以调整曲线梁桥的梁体恒载扭矩分布，有效地降低两端抗扭支承的恒载扭矩值。但这一措施对减少活载扭矩的影响较小，这是由于活载引起的扭矩中车辆偏载占了很大一部分。必要时可在墩顶设置限位挡块或采用墩梁固结的办法来限制曲线梁桥的梁体径向位移。
　　 本桥下部构造墩柱采用独柱墩和双柱墩，柱直径为D100cm，桩基根据地质资料采用嵌岩桩，桩径为D120cm，桥台采用肋板式桥台，支座均采用GPⅡ盆式支座，伸缩缝采用GQF-60 型伸缩缝。
　　 3、结构分析
　　 上部结构静力分析，采用有限元专用程序进行计算。竖向梯度温度效应按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）规定取值；汽车荷载的冲击系数按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）规定计算；环境类别按Ⅱ类，裂缝宽度控制≤0.2mm；温度变化按升温20℃和降温20℃计算。计算荷载考虑了恒载、活载、预应力、混凝土收缩徐变、支座强迫位移、地震力及温度变化等。箱梁横向桥面板计算分别按框架和简支板考虑固端影响两种方法进行分析，择其大者进行截面配筋设计。
　　 4、箱梁施工要点
　　 箱梁按满堂支架整体浇注设计，浇注箱梁混凝土可分二次浇注，每次必须连续浇注，第一次可浇底板和腹板，第二次浇注顶板。现浇支架采用先打钢管桩搭建平台，再在平台上搭贝雷梁支架，并焊接贝雷梁和钢管桩，保证支架安全不受河水上涨影响。箱梁底模设置1.5-2.0cm的预拱度，按二次抛物线变化。
　　 5、结 语
　　弯梁桥由于其结构受力的特殊性，较同等跨径的直梁桥要复杂得多，因此在进行弯桥设计和计算时应引起足够的重视。本文仅是笔者参加弯梁桥设计中的几点体会，不当之处，请同行多多指正。
　　 参考文献：1、邵容光.混凝土弯梁桥[M].北京：人民交通出版社，1996.
　　 2、孙广华.曲线梁桥计算[M].北京：人民交通出版社，1997.
　　 3、刘效尧,赵立成.梁桥（下册）[M].北京：人民交通出版社,2000.
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。