對(duì)連續(xù)曲線箱梁橋設(shè)計(jì)的體會(huì)分析

張玲

摘 要：連續(xù)曲線箱梁橋結(jié)構(gòu)的橋梁自引入我國后，推動(dòng)了我國橋梁建設(shè)的發(fā)展，為橋梁建設(shè)事業(yè)做出重要的貢獻(xiàn)，促進(jìn)了我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。曲線箱梁橋具有彎扭耦合的力學(xué)特顯，并對(duì)決定了橋梁的變形以及支反力、梁體受力、墩臺(tái)受力三個(gè)力量的變化特點(diǎn)。文章最后簡單敘述了連續(xù)曲線箱梁橋設(shè)計(jì)和計(jì)算時(shí)要注意剪力滯效應(yīng)、支座脫空、徑向力效應(yīng)三個(gè)問題。

關(guān)鍵詞：連續(xù)曲線；箱梁橋；設(shè)計(jì)

引言

連續(xù)曲線箱梁橋結(jié)構(gòu)是當(dāng)前許多城市的立交橋或者高架橋結(jié)構(gòu)中使用最為普遍的一種，這種結(jié)構(gòu)類型的橋梁具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，即使在地形和地物情況惡劣的條件下依舊能夠保證線條的平順和流暢。連續(xù)曲線箱梁橋結(jié)構(gòu)從引入我國之后，就得到了快速的發(fā)展。例如我國的福州市，我國的福州市自上世紀(jì)90年代初期第一建設(shè)普通的鋼筋混凈土連續(xù)曲線箱梁橋結(jié)構(gòu)的城市橋梁之后，這種結(jié)構(gòu)的已經(jīng)成為福州市橋梁的主要結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的橋梁給福州市帶來顯著地社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。作者根據(jù)多年的普通鋼筋混凝土連續(xù)曲線箱梁橋結(jié)構(gòu)的橋梁建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，談?wù)剬?duì)連續(xù)曲線箱梁結(jié)構(gòu)的橋梁設(shè)計(jì)體會(huì)。

1 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)曲線箱梁橋的現(xiàn)實(shí)意義

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)曲線箱梁橋結(jié)構(gòu)的橋梁是當(dāng)前我國橋梁建設(shè)中較為普遍的一種方式，也是較為先進(jìn)的技術(shù)手段，從我國運(yùn)用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)橋梁的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，這種結(jié)構(gòu)的橋梁很大程度上提升了我國橋梁的質(zhì)量和性能，在我國橋梁建設(shè)發(fā)展事業(yè)中發(fā)揮了巨大的作用，推動(dòng)了我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。在對(duì)橋梁施工前，相關(guān)人員必須對(duì)橋梁建設(shè)的各種客觀環(huán)境和因素進(jìn)行具體、綜合的分析，并根據(jù)客觀環(huán)境和因素做出科學(xué)合理的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以有效地提高施工的效率和質(zhì)量[1]。

2 曲線箱梁橋的力學(xué)特性及其產(chǎn)生的問題

曲線箱梁橋最主要的力學(xué)特性就是截面出現(xiàn)彎扭耦合狀況，并長期處于該狀態(tài)。與直線梁橋不同，直線梁橋只需要保證橋梁的荷載不偏心，橋的梁就不會(huì)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)的情況。但是曲線箱梁橋結(jié)構(gòu)的橋梁不同，荷載是否出現(xiàn)偏心的狀況，都會(huì)導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)同時(shí)彎矩和扭轉(zhuǎn)，并且彎矩和扭轉(zhuǎn)會(huì)相互影響和相互作用，最終導(dǎo)致截面出現(xiàn)彎扭耦合的情況。在彎扭耦合作用狀態(tài)會(huì)引起橋梁的變形以及支反力、梁體受力、墩臺(tái)受力三個(gè)力量的變化。

第一，變形方面，當(dāng)曲線箱梁橋處于彎扭耦合作用狀態(tài)時(shí)，曲線箱梁橋會(huì)出現(xiàn)變形和彎曲兩種變形疊加的狀況，因此，曲線箱梁橋變形的程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于直線梁橋的變形程度，而且梁的外側(cè)變形的程度也大于內(nèi)側(cè)變形的程度，變形嚴(yán)重的梁會(huì)出現(xiàn)梁端翹曲變形的情況。當(dāng)梁端的橫橋向約束力小于一定程度時(shí)，梁體可能會(huì)出現(xiàn)向曲線外側(cè)側(cè)滑。除此之外，單項(xiàng)行駛結(jié)構(gòu)的曲線箱梁橋的主梁在長期汽車離心力和制動(dòng)力的影響下會(huì)出現(xiàn)水平錯(cuò)位的情況，錯(cuò)位的一般有兩個(gè)，一是曲線外側(cè)方向，二是汽車制動(dòng)力方向[2]。

第二，支反力，曲線梁橋的支反力的變化趨勢(shì)可以分為兩類：曲線箱梁內(nèi)側(cè)變小趨勢(shì)和外側(cè)變大趨勢(shì)。如果出現(xiàn)曲率半徑、恒載小于一定程度或者活載出現(xiàn)偏置的情況，都有可能會(huì)引發(fā)曲線箱梁橋的內(nèi)側(cè)支座出現(xiàn)負(fù)反力的情況。一點(diǎn)支座的承受能力低于產(chǎn)生的拉力，支座容易出現(xiàn)脫空的情況甚至梁體和支座相互脫離。

第三，梁體受力。曲線箱梁橋結(jié)構(gòu)的橋梁不同，荷載是否出現(xiàn)偏心的狀況，都會(huì)導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)同時(shí)彎矩和扭轉(zhuǎn)。受扭矩的影響，曲線箱梁橋的內(nèi)兩會(huì)卸載扭梁體的受力，而外梁會(huì)超負(fù)荷承受梁體的受力，尤其是曲率半徑不大且橋面寬的曲線箱梁橋，梁體內(nèi)梁和外梁受力不同的情況會(huì)更加嚴(yán)重。

第四，墩臺(tái)受力。受支反力不同的影響，曲線箱梁橋墩柱的軸向壓力也會(huì)有很大的不同，影響墩頂?shù)乃绞芰Τ似嚨闹苿?dòng)力以及氣溫差異引起的內(nèi)力作用之外，墩頂?shù)乃搅ν瑫r(shí)也受離心力以及預(yù)應(yīng)力的影響，并在離心力和預(yù)應(yīng)力綜合作用下形成徑向力。由于曲梁的切線方向并不一致，這也導(dǎo)致汽車制動(dòng)力在下部結(jié)構(gòu)的分配計(jì)算更為復(fù)雜。

3 連續(xù)曲線箱梁橋設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題

3.1 要重視剪力滯效應(yīng)

垂直荷載無論作用在箱形梁橫向的任何位置，都存在縱向彎曲荷載，而且荷載還呈現(xiàn)出對(duì)稱的特點(diǎn)。在對(duì)稱荷載的影響下，箱梁的上下兩翼的緣板在經(jīng)過剪切變形處理之后，彎曲應(yīng)力在箱梁上的分布會(huì)不均衡。因此，在實(shí)際計(jì)算的連續(xù)曲線箱梁橋結(jié)構(gòu)時(shí)，要將箱梁的上下兩翼板的有效寬度也納入計(jì)算范圍。但是，在具體操作中，有部分橋梁工程是在計(jì)算連續(xù)曲線箱梁橋結(jié)構(gòu)時(shí)并未將上下兩翼板的有效寬度納入計(jì)算范圍，而是采用全截面乘與1.15片偏載系數(shù)的近似的計(jì)算方法計(jì)算。近似計(jì)算方法存在兩個(gè)自身無法解決、完善的缺陷，第一，1.15系數(shù)只適用于某些情況，而并非適用于所有連續(xù)曲線向量橋的結(jié)構(gòu)計(jì)算，存在某些1.15系數(shù)并不適用的特殊情況，而且一些特殊情況下適用1.15系數(shù)會(huì)出現(xiàn)片不力的現(xiàn)象；第二，這種計(jì)算方法出的曲線箱梁橋結(jié)構(gòu)并不完全正確，不能真正反映剪力滯效應(yīng)和有效分布寬度兩者之間的真正差異[3]。

3.2 支座脫空問題

連續(xù)曲線箱梁橋承受的彎矩和剪力的大小和直梁橋承受的彎矩和剪力的大小相比雖然差距不大，但是，在扭矩值上的差距就非常明顯。經(jīng)常表現(xiàn)為彎矩和剪力差距不大，扭矩值可能存在倍數(shù)級(jí)別的差別，而且墩臺(tái)支承處是最大扭矩值出現(xiàn)幾率最大的位置。雖然一些中墩的布置方式為一根墩柱的單支座模式，但是會(huì)在兩邊的墩旁會(huì)布置成雙支座。在扭矩的強(qiáng)大作用力下，邊墩的支座的彎曲半徑不大的情況下，尤其是靠近曲線箱梁圓心一側(cè)的邊墩的彎曲半徑不大，更加容易出現(xiàn)支座脫空的狀況。在設(shè)計(jì)連續(xù)曲線箱梁橋可以采取以下的辦法解決支座脫空問題。

第一，在支座出現(xiàn)負(fù)反力的情況下，可以采用設(shè)置拉力支座的方法解決負(fù)反力的情況，從而解決支座空的情況；第二，或者采用Y型或者雙支座方式來設(shè)計(jì)中墩，可以更容易解決支座脫空的線形，而且效果比設(shè)置拉力支座的方式更好。雖然采用Y型或者雙支座型設(shè)計(jì)中墩會(huì)增加工程的工作量，但是可以有效的緩解曲線梁橋的上部結(jié)構(gòu)主梁的受力，減少了脫空問題的出現(xiàn)，也可以靈活地布置中墩支座。第三，預(yù)應(yīng)力作為單項(xiàng)荷載，在梁端徑向約束情況下，將曲線箱梁橋的預(yù)應(yīng)力看作為單項(xiàng)荷載，并且受梁端徑向約束，也可以一定程度緩解支座脫空的情況，但是緩解的效果不夠明顯。

3.3 連續(xù)曲線箱梁橋的徑向力效應(yīng)

在傳統(tǒng)的線路曲線箱梁橋設(shè)計(jì)中，通常都會(huì)將支座固定或者把定向活動(dòng)支座的位置設(shè)置于中墩處，兩邊的墩處也會(huì)設(shè)計(jì)有徑向約束。但是外在的離心力、制動(dòng)力以及溫度都會(huì)對(duì)影響支座，并在支座的徑向約束的作用下性徑向力。徑向力的大小會(huì)和箱梁橋的彎矩半徑的大小呈反比，半徑越大，徑向作用力反而卻小。因此，在連續(xù)曲線箱梁橋設(shè)計(jì)中要重視徑向力的效應(yīng)。

4 結(jié)束語

依據(jù)多年的連續(xù)曲線箱梁橋設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)和計(jì)算曲線箱梁橋的結(jié)構(gòu)時(shí)，要根據(jù)建設(shè)橋梁的客觀條件來選擇合適的設(shè)計(jì)理論，但是不能忽視剪力滯效應(yīng)給箱梁橋設(shè)計(jì)帶來的影響。與此同時(shí)，還要重視支架脫空以以及徑向力的問題，制作的設(shè)計(jì)布置一定要科學(xué)合理，以減少支架脫空問題。雖然采用Y型或者雙支座方式來布置支座會(huì)給橋梁的建設(shè)增加一定的工程量，但是要看到這種支座布置方式在解決支座脫空和徑向力效應(yīng)上的作用，設(shè)計(jì)人員要綜合考慮各方面因素來制定設(shè)計(jì)方案。

參考文獻(xiàn)

[1]滿建琳.鋼混凝土組合曲線連續(xù)箱梁橋靜力性能與應(yīng)用研究[D].重慶交通大學(xué)，2013，05（13）：56-58.

[2]黎振源.曲線箱梁橋的車-橋耦合振動(dòng)分析[J].福建建設(shè)科技，2013，04（15）：70-71.

[3]孫鐵鋼，賀鐵飛.支承方式對(duì)曲線箱梁橋結(jié)構(gòu)受力影響的分析研究[J].中國市政工程，2011，06（14）：12-13.