小半径曲线梁桥设计要点

1、2010年 11月第 11期 城市道桥与防洪校飞燕, 邢 亮, 张河锦(余姚市交通设计院, 浙江余姚 315400小半径曲线梁桥设计要点摘 要:现阶段桥梁由于地形条件的限制, 多采用曲线桥梁和匝道桥 。 特别是小半径曲线梁桥, 除承受弯矩 、 剪力外, 还有较 大扭矩和翘曲双力矩的作用 。 在施工运营中会出现很多问题, 产生问题的原因是多方面的, 有的在连续梁曲线内侧端支座脱 空; 有的曲线梁体向曲线外侧径向整体侧移; 有的墩梁固结处在立柱顶部 (与梁底衔接处 产生水平环形裂缝等危及桥梁正 常使用的现象 。 该文结合某跨铁路上跨立交桥的设计, 浅谈小半径曲线箱梁的设计要点 。关键词:小半径曲线

2、桥梁; 设计要点; 箱梁; 立交桥中图分类号:U448.21文献标识码:A 文章编号:1009-7716(2010 11-0039-021工程概况为适应铁路部门 “ 全封闭 、 全立交 ” 的要求,拆除原平交道口并在原道口位置西侧新建一座上跨立交桥, 由于受平面线形的限制, 上跨主桥采用25m+36m+36m+25m 预应力混凝土连续弯箱梁 。2设计标准(1 设计荷载:公路 -级;(2 温度荷载:结构体系温差 ±22 , 温度梯度参照 10cm 沥青铺装参数;(3 桥面净宽:8.0m;(4 设计车速:40km/h 。3设计参数3.1箱梁构造桥梁上部结构为四跨一联预应力混凝土连续 曲线

3、箱梁, 位于在圆曲线和缓和曲线上, 曲线半径 最小为 80m 。 分跨布置为:25m+36m+36m+25m= 122m 。 主梁为单箱单室箱梁,梁高在第一跨由 1.4m 渐变为 2.0m,在第三跨又由 2.0m 渐变为 1.4m; 梁高为跨径的 1/17。 顶板宽 8.0m, 底板宽 4.0m, 箱梁翼板悬臂 2.0m, 腹板厚 50cm, 顶.底 板厚 20cm 。 支点处设横隔梁, 中横隔梁宽 2.0m, 端横隔梁宽 1.0m 。 箱梁跨中横断面见图 1。 3.2预应力布置箱梁采用单向预应力体系 。 纵向预应力筋采 用高强度低松弛钢绞线(12-75及 7-75, 钢束 均为一端张拉 。

4、箱梁跨中预应力钢束布置见图 1。 3.3支座布置由于本桥曲线半径较小, 结构在荷载作用下, 弯扭偶合作用明显, 结构扭矩较大 。 为减小扭矩, 在各墩均设置双支座 。 支座布置示意见图 2。 3.4防崩钢筋设置小半径曲线梁桥的纵向预应力钢束沿箱梁腹 板平面曲线线型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,它除对相邻两 预应力束之间的混凝土产生局部承压作用外, 还 对预力束与箱梁内弧侧之间的混凝土产生崩弹作 用, 故这种径向力对箱梁腹板的受力是很不利的 。 为了解决这个问题, 在钢束布置时, 相邻两预应力 钢束之间留有 14cm 的混凝土厚度,箱梁腹板留 有 18cm 的混凝土

5、厚度保护层来抵抗这种侧向崩 弹力, 同时在腹板内设置防崩钢筋 。 防崩钢筋示意 见图 3。4设计要点(1 小半径曲线梁桥的构造形式与直线梁桥有 不少相似之处, 但由于它是曲线梁桥, 其结构受力 的特点不同, 在构造处理上也相应有其较多特点 。 (2 由于曲线梁桥比直线梁桥的受力复杂, 对 结构的抗弯 、 抗扭性能要求高于同跨径的直线梁 桥, 故采用整体性好 、 抗扭刚度大就地浇注的连续 箱形梁桥比较好 。收稿日期:2010-06-07作者简介:校飞燕 (1982- , 女, 浙江余姚人, 助理工程师, 从 事公路桥梁设计工作 。 桥梁结构 39城市道桥与防洪2010年 11月第 11期 (3

6、弯桥异以直线桥梁受力的主要因素为:圆 心角 (反映主梁的弯曲程度 、 桥梁宽度与曲率半径之比 、弯扭刚度比 、 扇形惯性矩 EI 。 设计时对 于以上因素综合分析, 以确保计算的精度 。(4 小半径曲线梁桥的梁高大于跨径的 1/18时, 是比较经济的 。 在特殊情况下也不应小于跨径的 1/22。(5 由于混凝土的收缩 、 徐变涉及的因素较多, 每个工程中混凝土的材料 、 级配不尽相同, 要很精 确的计算出混凝土收缩 、 徐变对小半径曲线梁桥 的作用较难 。 故在设计小半径曲线梁桥, 最好采用 普通钢筋混凝土结构 。 对于预应力混凝土曲线梁 桥, 纵向预应力筋采用高强度低松弛钢绞线, 但钢 束一

7、般不大于 12-75, 压应力应小于 12MPa, 拉 应力小于 1MPa, 为预应力 A 类构件即可 。(6 与一般的直线桥相比, 曲线箱梁桥顶板 、 底板和腹板中的纵向受力钢筋 、 横向钢筋 、 箍筋 、 水平分布钢筋都要考虑到全桥计算和构造上的需 要, 并适当加强 。(7 在预应力混凝土曲线梁桥中设置防崩钢筋 。 (8 在支承形式上, 小半径曲线梁桥通常三种 布置形式:a.全部采用抗扭支承 。 b.两端设置抗扭 支承, 中间设单支点铰支承 。 c.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, 下部墩柱当与之相匹配 。对于多跨小半径曲线连续梁桥,全部为抗扭 支

8、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, 而且曲率的变化对弯矩值的影响也只有 1%2%;, 但对扭矩的影响, 则随 曲率的增大而加大 。 当各跨圆心角大于 30°时, 中 间设单支点铰支承的扭矩控制值比全部为抗扭支 承的扭矩控制值要大 15%左右 。 在中间设独柱式 单支点曲线连续梁内, 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,这也是我们常常所说的扭矩的传递作 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

9、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 。(9 必要时可在墩顶设置限位挡块或采用墩梁 固接的办法来限制曲线梁桥的梁体径向位移 。5结语(1 小半径曲线梁桥的设计计算比较复杂, 其 温度效应 、 预应力效应 、 活载的影响面加载都不同 于直线桥梁的计算 。 但通过高精度的有限元分析计算, 可以较为准确地掌握其结构的受力行为 。针 对其不同于直线梁的受力特点,在设计中采用相 应的有效措施,是

10、可以设计出较为可靠且经济适 用的曲线桥梁的 。(2 小半径曲线梁桥实际设计中多用双柱墩提 供抗扭支承, 而用独柱墩通过预设支座偏心调整主梁扭距分布 。这种经济 、 合理的措施在城市高架 桥,特别是曲线匝道的设计中被广泛应用 。 但独柱 墩在偏载作用下常常容易产生支座脱空及梁体倾 斜等安全隐患,所以设计者应对此类结构桥梁进 行偏载条件下进行空间有限元分析, 以确保结构 安全, 并在此基础上采取必要的结构措施 。桥梁结构40Keywords:self-anchored suspension bridge, bridge linearity, parabola, subsection catenar

11、yComparison of Shear-resistant Calculations on New and Old Criterions for 3×22-m Steel Reinforced Concrete Continuous Box Bea !m Zhang Jianjun (33 Abstract:Combined with the inclined section shear0resistant designs on the new and old criterions, and taking 3×22-m steel reinforced concrete

12、box beam in Shijiazhuang City Shitai Expressway Interchange as an example, the article compares the difference, and introduces the application of the shear-resistant module of a bridge doctor in this design.Keywords:steel reinforced concrete box beam, inclined section shear resistance, new criterion

13、, bridge doctorMeasurement and Calculation of Static Load Compression Limit Bearing Capacity of A Cement Agitating Engineering Pil !e Wang Xinqi, Yang Xiaorong (37 Abstract:The article uses the static load experimental data of a pile to deduce the vertical compression limit bearing capacity of the s

14、ingle pile by the double-curve process, and contrasts and analyzes the calculation value with the measured value. It is verified that it is simple and practical to use the double-curve process to forecast the vertical compression limit bearing capacity of the single pile with the high precision.Keyw

15、ords:single pile, limit bearing capacity, forecast model, double-curve processDesign Gist of Small-radius Curve Beam Bridg !e Xiao Feiyan, Xing Liang, Zhang Hejing (39 Abstract:The curve beam bridge and ramp bridge are mostly used for the bridges in the present phase because of limited by the terrai

16、n condition. Especially, the small-radius curve beam bridge has the actions of larger torsional moment and warping duo-moment besides enduring the bending moment and shearing force. There are many problems happening in the construction and operation. The causes of the problems are the voids in the s

17、upport at the inner side end of the continuous beam curve, the integral lateral movement vertically along the outside of the curve of the curve beam, and the horizontal ring crack caused by the pier beam concreted at the top of the upright pole (at the linking up with the beam bottom, which will end

18、anger the normal using of the bridge. According to the design of a grade separation overpassing a railway, the article elementarily discusses the design gist of the small-radius curve box beam.Keywords:small-radius curve bridge, design gist, box beam, grade separationBriefs about Expansion Joint in

19、Bridge !s Zhang Xiao (41 Abstract:The article introduces the types and structure of expansion joint used in bridges, analyzes the reasons of usual damages for the expansion joint of highway bridges, and gives some advice about design, fabrication, construction and maintenance of expansion joint.Keyword:expansion joint