預應力混凝土小半徑現澆箱梁橋設計

郭偉宏

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司)

預應力混凝土小半徑現澆箱梁橋設計

郭偉宏

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司)

預應力小半徑現澆箱梁結構的橋梁是目前全國橋梁建設當中使用比較廣泛的一種方法，其本身也屬于一種比較前端的技術方式，就我國當前預應力混凝土連續彎箱梁結構橋梁的實踐的經驗進行分析，小半徑箱梁結構橋梁使得我國橋梁的質量以及各個方面的性能都得到了很好的提高，其對我國橋梁建設事業所作出的貢獻是不容忽視的。就預應力小半徑彎箱梁橋設計進行了研究。

預應力;小半徑;彎箱梁橋;設計分析

1 預應力混凝土小半徑現澆箱梁力學特性

預應力混凝土小半徑現澆箱梁在豎向荷載作用下，由于曲率半徑的影響，必然產生扭轉，而扭轉又導致撓曲變形，這樣梁體不僅受彎矩作用，同時還受扭矩作用，這稱之為彎扭藕合作用。彎扭耦合作用導致曲線箱梁橋具有以下幾點力學特性。

1.1 梁內外側受力不均

因為扭矩影響而導致外梁超載以及內梁卸載等現象的發生，使得等梁橋的外邊彎曲應力遠遠超過內邊緣，內梁與外梁出現了非常嚴重的受力不均現象，反應到箱梁上就是內外腹板受力不平衡，在活載偏置的情況下，內梁支點將會形成負反力，在嚴重的情況下，還有可能導致梁體和支座脫離問題的發生。

1.2 撓曲變形

預應力混凝土小半徑現澆箱梁的撓曲變形是彎曲和扭轉的迭加。

1.3 橫向水平力

汽車在預應力混凝土小半徑現澆箱梁上行駛的時候，會導致橋梁形成水平方向的離心力、預應力、混凝土收縮續編與溫度變化等會導致橋梁形成縱向水平力以及橫向水平力，外荷載對橋梁形成的橫向水平力會導致梁體截面扭矩以及橋墩彎矩的不斷增加，并有可能造成橫向的位移或者是橋梁在平面的轉動。

1.4 翹曲與畸變

對于預應力混凝土小半徑現澆箱梁，由于在彎扭耦合的作用下會出現綜合截面應力相對直線橋梁而言較大的問題，特別是在截面扭轉以及畸變作用下，這一問題更突出。在設計過程中可以采取增設橫隔板的設計處理方式，盡可能的控制截面畸變變形。

2 預應力小半徑彎箱梁橋病害及應對措施

2.1 彎箱梁病害及成因

(1)梁體向曲線外側徑向側移

曲線梁隨著汽車活載的離心力以及制動力長時間不斷的作用，很容易導致曲線外側以及汽車制動力方向位置的偏差。通常情況下，匝道橋基本上都是單向行駛的，因此，這種作用力往往都是固定在某個位置上。需要注意的是，在主梁偏移的情況下，會使得每一個支承和主梁所在的位置發生改變，導致主梁逐漸往外傾斜，使得主梁扭矩不斷的增加，在嚴重的情況下，還會導致主梁滑落現象的發生，導致這種現象出現的主要原因在于支座設置的不科學性，其全聯支承體系扭轉水平與水平方向抗滑效果都非常弱，在預應力混凝土小半徑現澆箱梁的中墩以及橋臺的位置不可以將其設置為活動支座，應該保證設置1個固定支座在橋臺位置或者是橋墩的位置。

(2)梁體曲線內側支座脫空

結構由于受到了較大扭轉作用，使得布置的支座無法發揮出抗扭效果，使得端支座承擔扭矩加大，在端橫梁寬度較短的情況下很有可能發生支座脫空。

2.2 針對病害采用的措施

把中墩位置的橫梁制作成為和橋面寬度一致的或者是超過橋面寬度，確保支座的橫向布置具有著充分的距離，防止導致支座脫空現象的發生，在支座的鄰近位置應該進行抗拉拔裝置的設置，以此來確保橫向整體的穩定性。

2.3 曲線彎箱梁橫向穩定性研究

對于彎箱梁的設計利用了容許應力的方法，在強度設計的時候，應該注意的是，截面的應力不能夠超出材料所能夠容許的應力。因為彎箱梁主梁利用了薄壁斷裂的方法，因此，對于構件的剛度以及穩定性都有著非常高的要求。文章作者結合了具體的工程實例，對小半徑曲線彎箱梁橋結構橫向穩定性進行了簡單的分析與探討。

3 小半徑彎箱梁橋設計應注意的問題

3.1 要重視剪力滯效應

箱型梁橫向在垂直荷載的作用下，產生了縱向彎曲荷載，并且荷載還表現出對稱的特征，隨著對稱荷載的作用，彎曲應力會體現出非常明顯的不平衡現象。所以，在具體的施工過程當中，在進行小半徑彎箱梁結構計算的時候，也一定要考慮到彎箱梁的上下兩翼板的寬度，然而，在實際操作當中，有很多的橋梁建筑工程在進行計算的時候，并未這樣做，人們更多的是通過乘以1.15片偏載系數的近似的計算方式進行計算。然而，這種計算方式存在著非常明顯的不足。首先，1.15系數具有著很大的局限性，其通用性較低。其次，通過這種方法所計算出來的曲線彎箱梁橋結構不正確，無法更加全面客觀的體現出剪力滯效與有效分布寬度這兩者之間的關聯。

3.2 支座脫空問題

小半徑彎箱梁橋承受的彎矩以及剪力的大小與直梁橋所能夠承受的彎矩與剪力大小進行比較，這兩者之間沒有太大的差距，然而，這兩者在扭矩值方面卻存在著非常大的區別，往往表現為彎矩與剪力差距較小，而扭矩值在有些情況下會有幾倍的差距，盡管部分中墩的布置形式是一根墩柱的單支座模式，然而，其會在兩端位置的墩旁布置成雙支座形式。

3.3 小半徑彎箱梁橋的徑向力效應

在原先的線路曲線彎箱梁橋設計當中，一般都會把支座固定或者是將定向活動支座的方位設置在中墩的位置，其兩端墩的位置會受到徑向作用的影響。然而外在的離心力、制動力與溫度都會對支座造成不同程度的影響，還會在支座的徑向約束的作用下形成徑向力。通常情況下，在半徑很大的情況下，其徑向作用力將會越小。所以，在小半徑彎箱梁橋設計的時候必須要注意徑向力效應。

4 預應力小半徑彎箱梁橋設計案例

4.1 總體設計

設計荷載是城－A級。溫度荷載是結構體系溫差在20℃左右，彎箱梁頂板日照升溫16.5℃。橋面凈寬是8.5～22.05 m。設計車速是40 km/h。抗震等級是根據當地的地震烈度－6度設防(橋址區域地震基本裂度為7度)。

4.2 預應力小半徑彎箱梁橋設計

橋梁上部結構為四跨一聯預應力混凝土連續曲線彎箱梁，其位置是在圓曲線以及緩和曲線上，曲線半徑最小是120 m。分跨布置為:29.5 m、30 m、30 m、29.5 m 之和，經過計算該值為149 m。主梁是單箱雙室變為單向三室彎箱梁，梁高在第一跨是1.6 m，梁高是跨徑的1/19。頂板寬8.3～21.85 m，底板寬 4.0 m，彎箱梁翼板懸臂1.5 m，腹板厚度為0.5 m，頂、底板的厚度為0.25 m。支點的位置進行橫隔梁的設置，中橫隔梁的寬度設置為2.5 m，端橫隔梁的寬度設置為1.5 m。

彎箱梁利用預應力體系。縱向預應力筋利用了具有著極其高強度的低松弛鋼絞線(15－12及15－9)。由于彎箱梁曲線半徑較小，彎箱梁采用分段澆筑張拉的方式(先澆筑張拉BP2～BP5，兩端張拉，再張拉兩邊預應力以減少預應力損失)。

因為這種橋的曲線半徑相對而言比較小，結構在荷載的不斷作用下，彎扭耦合作用突出，結構扭矩非常大，為了能夠進一步的降低扭矩。在一聯兩端采用設置雙支座，由于中墩墩高均在18m高左右，其他位置均采用墩梁固結形式。

5 結束語

文章結合作者多年的工作經驗，論述了在進行曲線彎箱梁橋結構的設計與計算的時候，應該結合建設橋梁的具體情況以及各方面的因素來選擇最為科學合理的設計理論。此外，還需要注意剪力滯效應對彎箱梁橋設計所造成的影響，另外，不能夠忽視支架脫空與徑向力的問題，應該保證制作設計布置的科學性與合理性，從而來避免支座脫空現象的發生。小半徑預應力混凝土現澆箱梁的設計計算相對而言較為繁瑣，然而借助于高精度的有限元分析計算的方式，卻能夠在確保計算精度的基礎上了解到結構的受力情況，結合具體的情況，在設計的過程當中采取有效的解決對策，為設計出科學、合理、經濟、安全的橋梁曲線奠定堅實的基礎。

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1008－3383(2015)04－0145－02

10.16402/j.cnki.issn1008-3383.2015.04.106

2014－12－15