浅谈公路曲线梁桥的设计和应注意的问题

关凯华

近年来，我国公路建设进入了一个迅猛发展的时期，运用公路曲线桥梁越来越多了。由于受原有地物或地形的限制，一些公路的立交桥梁和交叉工程的桥梁曲线半径比较小，桥墩基本上要设在指定位置，这种情况下只能按曲线梁桥设计。

常用设计方法

1.1合理选定设计参数

在桥梁设计中，应根据路线线型的要求，确定梁桥的平曲线形状，选定平曲线要素，再根据桥梁的使用要求和《公路工程技术规范》，确定弯梁桥的超高及加宽值，进而确定梁桥在直线段、圆曲线段和缓和曲线段的桥面净宽和超高形式，进行梁桥的横截面布置。

1.2桥型的确定

在曲梁桥中，应用较广的是连续梁和简支梁。受曲线线型的限制，连续弯梁桥一般选用箱梁（附加异性边梁）为最佳方案，而简支梁桥，则以选用空心板梁（附加异性边板）为最佳方案。

1.3平面线型的布置

1.3.1常用板梁平面布置法

各墩台平行布置。各墩台与路线交角不相同，各墩台盖梁上的支座位置也不一样，几何及下部结构设计较为复杂。在曲线半径较大、桥长较短时较为适用。其优点是各孔（或全桥）为预制梁，可保持等长度，斜交角度较小；缼点是由于梁板端角度不同，墩、台长度不一致，使得设计和施工相对较为复杂。

1.3.2预制空心板梁的布设方法

（1）位于曲线上的桥梁，当路线中心线处桥梁跨径总长范围内的曲线矢高hs≤5cm时，按直桥设计，采用将桥梁中心线向曲线外侧平移hs/2的平分中矢法调整桥梁平面线形，护栏按曲线设置。

（2）位于曲线上的桥梁，当路线中心线处桥梁跨径总长范围内的曲线矢高hs>5cm时，按折线布孔，原则上从桥梁中心桩号向两侧敷设，以曲线内侧弦长为标准跨径按折线布置。

曲线梁桥设计应注意的几个问题

2.1总体布置

在进行公路桥梁总体布置时，要考虑两个方面问题：从结构受力方面，要注意调整梁内的扭矩分布，控制扭矩峰值，使梁截面以及支座受力较均匀；从结构变形方面，要注意控制梁端纵横向变位及翘曲变形，使之符合规范要求。要得到这些结果，主要是靠调整跨径搭配和处理边界条件。

2.1.1跨径的搭配

从已建成的公路桥梁看，梁端内侧支座“脱空”现象比较严重，主要是因为内侧支座反力太小甚至出现了负值。所以，我们要使内侧支座处于受压状态，并且要有一定的压力储备。比较有效的办法是控制边跨跨径，使边跨跨径与中跨比较接近。当受实际条件限制，边跨跨径与中跨差距较大时，也可考虑采取其他一些措施，比如调整边跨与中跨的自重等。

2.1.2边界条件

边界条件影响到整个结构的受力状态。在实际设计时，要分别采用不同的约束进行试算，然后决定结构的边界条件。

3.2曲线梁的结构设计

直梁桥受“弯、剪”作用，而曲线梁桥处于“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。

3.2.1曲线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，对于曲线梁桥而言，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，所以在曲线桥梁中，宜选用低高度梁和抗扭惯矩较大的箱形截面。

3.2.2在曲线梁桥截面设计时，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。

为减小曲线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：

①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。

②通过预应力筋的径向偏心矩来消除曲梁内某些截面过大的扭矩，改善主梁的受力状态也是一种行之有效的办法。预应力曲线梁往往产生向外偏转的情况，这是由其结构特点造成的。预应力产生的扭矩分布和自重、恒载作用下的扭矩分布规律有着较大的区别，为调整扭矩分布，可在曲线梁轴线两侧采用不同的预应力钢束及锚下控制应力，构成预应力、束应力的偏心，形成内扭矩来调整曲线梁扭矩分布。

在曲线梁桥选择支承方式时，可遵循以下原则：

①对于较宽的桥（桥宽b>12m）和曲线半径较大（一般r>100m）的曲线梁桥，由于主梁扭转作用较小，桥体宽要求主梁增加横向稳定性，故在中墩宜采用具有抗扭较强的多柱或多支座的支承方式，亦可采用墩柱与梁固结的支承形式。

②对于较窄的桥（桥宽b≤12m）和曲线半径较小（一般约r≤100m）的曲线梁桥，由于主梁扭转作用的增加，尤其在预应力钢束径向力的作用下，主梁横向扭矩和扭转变形很大。由于桥窄，宜采用独柱墩，但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。

③墩柱截面的合理选用。，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。

综上所述，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矩分布。这种经济、合理的措施在公路高架桥，特别是曲线匝道的设计中被广泛应用。 （作者单位：上蔡县公路管理局）