小半径大跨度预应力混凝土曲线箱梁设计

小半径大跨度预应力混凝土曲线箱梁设计

【摘 要】为了满足社会的交通运输需要，我国的路桥工程建设项目越来越多。并且随着桥梁设计施工水平的提升，桥梁的结构形式也变得多种多样。其中小半径大跨度曲线箱梁就是一种较为复杂的桥梁结构，现本文就重点对这一结构的设计问题进行研究分析，指出在其设计中应注意的问题。

【关键词】小半径；大跨度；预应力混凝土；曲线箱梁；设计

某桥梁工程采用小半径大跨度预应力混凝土曲线箱梁的结构形式，施工方法则采用悬臂浇筑法，全线均要求实现无缝施工。其中曲线的最小半径为400m。由于该工程为小半径大跨度曲线箱梁，且要求无缝结构，所以结构形式较为复杂，给设计人员提出了较高的要求。以下本文就对其设计过程进行详细的分析探讨。

1.工程设计难点

在对本桥梁工程进行设计时，首先考虑到荷载对桥梁结构的要求。本桥梁需要承受一定的恒载和活载。其中恒载包括桥梁自重、桥面二期荷载等。而活载则主要包括了车辆荷载、人群荷载等。由于桥梁每天所承受的活载并不相同，其负荷情况较为复杂，给设计带来一定难度。另外，大跨度桥梁自身的高度较大，尤其是在曲线所在的位置，高度更大，使得截面的中心发生了外移，再加上截面外缘尺寸已经超出了内缘尺寸，更是进一步促使了截面的重心偏向外部，引起了一定的扭矩。在设计中若不消除这一扭矩，则会使曲线箱梁向外侧翻转，影响桥梁的整体结构稳定性。

2.主梁截面设计

如上所述，为了消除截面上因重心外移而产生的扭矩，在对主梁的截面进行设计时，我们着重从截面类型的选择、腹板厚度的确定以及梁高的设计等几个方面入手优化设计方案，具体如下：

2.1截面类型

曲线形式的箱梁结构要比直线梁结构的受力更为复杂，会受到拉压、弯、扭以及畸变等多种作用力而出现变形现象，从而影响曲线梁的整体稳定性。所以所选择的截面类型应该具有较高的抗扭性能。而箱型结构正是这样一种截面类型，其不但整体性较好，且具有较大的抗扭刚度。为此本工程决定采用箱梁作为结构的截面类型。

2.2腹板厚度

由于桥梁位于曲线上，预应力钢束的径向力会对腹板形成一种崩弹的力量，使腹板的混凝土承受很大的压力，这对于保持腹板混凝土的整体性和稳定性来讲

是极为不利的，并且这种危害程度会随着曲线半径的减小而增大。为了尽可能的降低小半径曲线梁出现这种问题，我们决定通过增大腹板厚度来解决。

2.3梁高

本工程的桥梁结构为变高度梁截面形式，与直线连续梁相比， 曲线梁在设计跨中截面梁的高度时应该进行适当的增大。这是为了满足曲线梁的复杂受力要求。

3.普通钢筋和预应力钢束的布置

3.1普通钢筋的设置

由于小半径大跨度曲线梁会产生一定的弯扭耦合效应，使得曲线内侧受力更大，结构的主应力也更大，因此在对其结构进行配筋设计时，配筋率要更大一些才能满足结构的受力需求。首先，在对纵向主筋进行设计时，可以在截面平均配筋率的前提下，再增大10%。其次在对抗剪和抗扭钢筋进行设计时，也可以同样跨径的直线梁配筋率为基础，再增大10%。

3.2预应力钢束的布置

预应力是一种改善结构受力状况的有效手段，在本工程中，同样采用了预应力混凝土技术。在对其钢束进行布置时，可采用和直线梁一样的布置方式，即左右对称的布置方式。小半径曲线梁桥的纵向预应力钢束沿箱梁平曲线线形变化而布置成水平曲线。预应力钢束对混凝土产生较大的径向力，除对相邻两预应力束之间的混凝土产生局部承压作用外，还对预应力束与箱梁内弧侧之间的混凝土产生崩弹作用。这种径向力对箱梁腹板的受力很不利。为此，在钢束布置时，相邻两预应力钢束之间应留有足够的混凝土厚度，箱梁腹板应留有足够的混凝土保护层，同时在腹板内设置防崩钢筋。曲线预应力束除径向力作用外，由于曲线钢束与孔道壁间的摩阻力，小半径曲线预应力束的预应力损失比直线预应力束的预应力损失大得多。

4.支座设计

曲线梁存在“外梁超载，内梁卸载”现象，在荷载作用下内侧端支座可能出现负反力。如果支座不能承受拉力，将发生“支座脱空”现象。由于恒载偏心和预应力产生的荷载叠加，外缘支座反力通常大于内缘支座反力。会导致内支座脱空，梁体全部荷载由外支座承担。支座的预偏心影响支座反力在内外支座的分配。因此，支座设计是轨道交通小半径曲线梁桥设计的主要内容之一。

（1）支承形式：依据城市轨道交通的荷载特点和小半径曲线梁桥结构特点，全部采用抗扭支承。

（2）支承偏心：采用单点铰支承，为减小荷载作用下梁体的扭矩，应预设

支座偏心。

（3）支座爬移：采用抗扭支承的双支座，并将其中一个支座的径向位移约束（另一个支座的径向位移必须自由，以适应梁体的温度变形），在墩顶设置限位挡块，以限制梁体的径向位移。

5.结束语

总之，在对小半径大跨度预应力混凝土曲线箱梁进行设计时，应当充分考虑到其结构受力的复杂性，以及对结构稳定性提出的诸多要求。在本工程实例中，设计人员主要从桥梁的截面设计、钢筋布置和支座设计等三方面进行了优化设计，希望能够为同类工程提供一些借鉴。

【参考文献】

[1]姚玲森.“平面曲线连续梁桥支承方式对内力的影响”.

[2]谢万春.“独柱支承的连续预应力弯箱梁桥设计”.

[3]邵容光.混凝土弯梁桥，人民交通出版社，1996.5.

[4]孙广华.曲线梁桥计算，人民交通出版社，1997.11.

[5]周勇，余泽新，张明武.小半径曲线梁桥的设计[J].中外公路，2007（02）.

[6]李军歌，侯中学.浅谈小半径曲线连续弯箱梁桥的设计[J].江西建材，2014（09）.

[7]方诗圣，肖兵，张吉烁，章晓晖.支座布置形式对曲线梁桥力学性能的影响[J].世界桥梁，2011（04）.