淺談連續彎梁橋結構設計的特殊性

肖來國

（泰州市海陵建筑設計院有限公司，江蘇 泰州 225300）

1 概述

目前彎梁橋在現代化的公路及城市道路立交中的數量逐年增加，應用已非常普遍。尤其在互通式立交的匝道橋設計中應用更為廣泛。由于受地形、地物和占地面積的影響，匝道的設計往往受到多種因素的限制，這就決定了匝道橋設計具有以下特點：⑴匝道橋的橋面寬度比較窄，一般匝道寬度在6～11m左右。⑵由于匝道是用來實現道路的轉向功能的，在城市中立交往往受到占地面積的限制，所以匝道橋多為小半徑的曲線梁橋，而且設置較大超高值。⑶匝道橋往往設置較大縱坡，匝道不僅跨越下面的非機動車道，有時還需跨越主干道和匝道，這就增大了匝道橋的長度。由于匝道橋具有斜、彎、坡、異形等特點，給橋梁的線型設計和構造處理帶來很大困難。

2 彎梁橋的平面及縱、橫斷面布置

隨著高等級公路在路線線形方面的要求越來越高，要求橋梁設計完全符合路線線形，所以橋梁的平面布置，基本上應服從整體線形布置的要求，橋梁縱坡也應服從路線縱坡。為了抵抗梁截面的彎矩和扭矩，在彎梁橋設計中多采用箱形截面。由于橋面超高的需要及梁體受扭時外邊梁受力較大的需要，故可在橋梁橫向將各主梁布置做成不同的梁高。為了構造簡單，方便施工，也可將主梁做成等高度的，其超高橫坡由墩臺頂面形成。

3 彎梁橋結構受力特點

3.1 梁體的彎扭耦合作用

曲梁在外荷載的作用下會同時產生彎矩和扭矩，并且互相影響，使梁截面處于彎扭耦合作用的狀態，其截面主拉應力往往比相應的直梁橋大得多，這是曲梁獨有的受力特點。彎梁橋由于受到強大的扭矩作用，產生扭轉變形，其曲線外側的豎向撓度大于同跨徑的直橋；由于彎扭耦合作用，在梁端可能出現翹曲；當梁端橫橋向約束較弱時，梁體有向彎道外側“爬移”的趨勢。

3.2 內梁和外梁受力不均

在曲線梁橋中，由于存在較大的扭矩，因而通常會使外梁超載、內梁卸載，尤其在寬橋情況下內、外梁的差異更大。由于內、外梁的支點反力有時相差很大，當活載偏置時，內梁甚至可能產生負反力，這時如果支座不能承受拉力，就會出現梁體與支座的脫離，即“支座脫空”現象。

3.3 墩臺受力復雜

由于內外側支座反力相差較大，使各墩柱所受垂直力出現較大差異。彎橋下部結構墩頂水平力，除了與直橋一樣有制動力、溫度變化引起的內力、地震力等外，還存在離心力和預應力張拉產生的徑向力。

故在曲線梁橋結構設計中，應對其進行全面的整體的空間受力計算分析，只采用橫向分布等簡化計算方法，不能滿足設計要求。必須對其在承受縱向彎曲、扭轉和翹曲作用下，結合自重、預應力和汽車活載等荷載進行詳細的受力分析，充分考慮其結構的空間受力特點才能得到安全可靠的結構設計。

4 彎梁橋的結構設計

直梁橋受“彎、剪”作用，而彎梁橋處于“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。

4.1 彎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，對于彎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。所以在曲線梁橋中，宜選用低高度梁和抗扭慣矩較大的箱形截面。

4.2 在彎梁橋截面設計時，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。

4.3 在進行配筋設計時要充分考慮扭矩效應，彎梁應在腹板側面布置較多受力鋼筋，其截面上下緣鋼筋也比同等跨徑的直橋多，且應配置較多的抗扭箍筋。

4.4 城市立交橋中的彎箱梁橋中墩多布置成獨柱支承構造。在獨柱式點鉸支承彎連續梁中，上部結構在外荷載作用下產生的扭矩不能通過中間支承傳至基礎，而只能通過曲梁兩端抗扭支承來傳遞，從而易造成曲梁產生過大扭矩。為減小彎梁橋梁體受扭對上、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。

4.4.1 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。

4.4.2 通過預應力筋的徑向偏心距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。

4.5 下部支承方式的確定。曲線梁橋的不同支承方式，對其上、下部結構內力影響非常大。對于彎梁橋，中間支承一般分為兩種類型：抗扭型支承（多支點或墩梁固結）和單支點鉸支承。在曲線梁橋選擇支承方式時，可遵循以下原則：

4.5.1 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。

4.5.2 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。由于橋窄因此宜采用獨柱墩，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。

4.5.3 墩柱截面的合理選用。當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。

4.6 彎梁橋設計中需要注意的其它問題

4.6.1 所有中墩支座，盡可能橫橋向位移固定，可采用盆式或普通板式橡膠支座。

4.6.2 當橋長較大（如大于100m）,梁端支座應能順橋向自由滑動、橫橋向位移固定，可采用盆式橡膠支座，或附加了橫橋向位移固定裝置的四氟板橡膠支座；此外，梁端間隙和伸縮縫構造，應保證在最大升溫條件下，梁能夠不受阻礙地自由伸縮變形；當橋長較小時，梁端支座可以采用普通板式橡膠支座。“梁端設普通板式橡膠支座、所有中墩設橫橋向自由滑動的盆式支座”，對曲線梁橋是危險的，應絕對避免。

4.6.3 當曲線梁橋比較寬、各墩也較寬時，應注意溫度變化時由于曲線梁水平彎曲變形在墩頂產生的橫橋向水平作用力可能會比較大，尤其是當所有中墩支座均為橫橋向位移固定時。

5 結語

彎梁橋由于其結構受力的特殊性，較同等跨徑的直梁橋要復雜得多，因此在進行彎橋設計和計算時應引起足夠的重視。本文僅是筆者參加彎梁橋設計中的幾點體會，不當之處，請同行多多指正。

[1]邵容光.混凝土彎梁橋[M].北京：人民交通出版社，1996.

[2]孫廣華.曲線梁橋計算[M].北京：人民交通出版社，1997.