淺談公路曲線梁橋的設計和應注意的問題

關凱華

近年來，我國公路建設進入了一個迅猛發展的時期，運用公路曲線橋梁越來越多了。由于受原有地物或地形的限制，一些公路的立交橋梁和交叉工程的橋梁曲線半徑比較小，橋墩基本上要設在指定位置，這種情況下只能按曲線梁橋設計。

常用設計方法

1.1合理選定設計參數

在橋梁設計中，應根據路線線型的要求，確定梁橋的平曲線形狀，選定平曲線要素，再根據橋梁的使用要求和《公路工程技術規范》，確定彎梁橋的超高及加寬值，進而確定梁橋在直線段、圓曲線段和緩和曲線段的橋面凈寬和超高形式，進行梁橋的橫截面布置。

1.2橋型的確定

在曲梁橋中，應用較廣的是連續梁和簡支梁。受曲線線型的限制，連續彎梁橋一般選用箱梁（附加異性邊梁）為最佳方案，而簡支梁橋，則以選用空心板梁（附加異性邊板）為最佳方案。

1.3平面線型的布置

1.3.1常用板梁平面布置法

各墩臺平行布置。各墩臺與路線交角不相同，各墩臺蓋梁上的支座位置也不一樣，幾何及下部結構設計較為復雜。在曲線半徑較大、橋長較短時較為適用。其優點是各孔（或全橋）為預制梁，可保持等長度，斜交角度較小；缼點是由于梁板端角度不同，墩、臺長度不一致，使得設計和施工相對較為復雜。

1.3.2預制空心板梁的布設方法

（1）位于曲線上的橋梁，當路線中心線處橋梁跨徑總長范圍內的曲線矢高hs≤5cm時，按直橋設計，采用將橋梁中心線向曲線外側平移hs/2的平分中矢法調整橋梁平面線形，護欄按曲線設置。

（2）位于曲線上的橋梁，當路線中心線處橋梁跨徑總長范圍內的曲線矢高hs>5cm時，按折線布孔，原則上從橋梁中心樁號向兩側敷設，以曲線內側弦長為標準跨徑按折線布置。

曲線梁橋設計應注意的幾個問題

2.1總體布置

在進行公路橋梁總體布置時，要考慮兩個方面問題：從結構受力方面，要注意調整梁內的扭矩分布，控制扭矩峰值，使梁截面以及支座受力較均勻；從結構變形方面，要注意控制梁端縱橫向變位及翹曲變形，使之符合規范要求。要得到這些結果，主要是靠調整跨徑搭配和處理邊界條件。

2.1.1跨徑的搭配

從已建成的公路橋梁看，梁端內側支座“脫空”現象比較嚴重，主要是因為內側支座反力太小甚至出現了負值。所以，我們要使內側支座處于受壓狀態，并且要有一定的壓力儲備。比較有效的辦法是控制邊跨跨徑，使邊跨跨徑與中跨比較接近。當受實際條件限制，邊跨跨徑與中跨差距較大時，也可考慮采取其他一些措施，比如調整邊跨與中跨的自重等。

2.1.2邊界條件

邊界條件影響到整個結構的受力狀態。在實際設計時，要分別采用不同的約束進行試算，然后決定結構的邊界條件。

3.2曲線梁的結構設計

直梁橋受“彎、剪”作用，而曲線梁橋處于“彎、剪、扭”的復合受力狀態，故上下部結構必須構成有利于抵抗“彎、剪、扭”的措施。

3.2.1曲線梁橋的彎扭剛度比對結構的受力狀態和變形狀態有著直接的關系：彎扭剛度比越大，由曲率因素而導致的扭轉彎形越大。因此，對于曲線梁橋而言，在滿足豎向變形的前提下，應盡可能減小抗彎剛度、增大抗扭剛度，所以在曲線橋梁中，宜選用低高度梁和抗扭慣矩較大的箱形截面。

3.2.2在曲線梁橋截面設計時，要在橋跨范圍內設置一些橫隔板，以加強橫橋向剛度并保持全橋穩定性。在截面發生較大變化的位置，要設漸變段過渡，減小應力集中效應。

為減小曲線梁橋梁體受扭對上下部結構產生的不利影響，可采用以下方法進行結構受力平衡的調整：

①為減小此項扭矩的影響，比較有效的辦法是通過調整獨柱支承偏心值來改善主梁受力。

②通過預應力筋的徑向偏心矩來消除曲梁內某些截面過大的扭矩，改善主梁的受力狀態也是一種行之有效的辦法。預應力曲線梁往往產生向外偏轉的情況，這是由其結構特點造成的。預應力產生的扭矩分布和自重、恒載作用下的扭矩分布規律有著較大的區別，為調整扭矩分布，可在曲線梁軸線兩側采用不同的預應力鋼束及錨下控制應力，構成預應力、束應力的偏心，形成內扭矩來調整曲線梁扭矩分布。

在曲線梁橋選擇支承方式時，可遵循以下原則：

①對于較寬的橋（橋寬b>12m）和曲線半徑較大（一般r>100m）的曲線梁橋，由于主梁扭轉作用較小，橋體寬要求主梁增加橫向穩定性，故在中墩宜采用具有抗扭較強的多柱或多支座的支承方式，亦可采用墩柱與梁固結的支承形式。

②對于較窄的橋（橋寬b≤12m）和曲線半徑較小（一般約r≤100m）的曲線梁橋，由于主梁扭轉作用的增加，尤其在預應力鋼束徑向力的作用下，主梁橫向扭矩和扭轉變形很大。由于橋窄，宜采用獨柱墩，但在選用支承結構形式時應視墩柱高度不同而確定。較高的中墩可采用墩柱與梁固結的結構支承形式。較低的中墩可采用具有較弱抗扭能力的單點支承的方式。這樣可有效降低墩柱的彎短和減小主梁的橫向扭轉變形。但這兩種交承方式都需對橫向支座偏心進行調整。

③墩柱截面的合理選用。，采用墩柱與梁固結的支承形式時，就必須注意墩柱的彎矩變化。在主梁的扭轉變形過大、同時墩柱彎矩也很大（一般墩柱較矮）的情況下，宜采用矩形截面墩柱。因為矩形截面沿主梁縱向抗彎剛度較小，而沿主梁橫向抗彎剛度較大，這樣既減小了墩柱的配筋又降低了主梁的橫向扭轉變形，更適合其受力特點。

綜上所述，實際設計中多用雙柱墩提供抗扭支承，而用獨柱墩通過預設支座偏心調整主梁扭矩分布。這種經濟、合理的措施在公路高架橋，特別是曲線匝道的設計中被廣泛應用。 （作者單位：上蔡縣公路管理局）