曲線預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋設(shè)計

1、曲線預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋設(shè)計劉 濤 (鐵道第三勘察設(shè)計院)摘要：通過分析曲線粱橋的力學(xué)特點，對預(yù)應(yīng)力曲線連續(xù)粱橋設(shè)計實踐中涉及到的支座、橫隔粱設(shè)計，預(yù)應(yīng)力束及普通鋼筋配置方法等諸多技術(shù)問題進行了深入探討。關(guān)鍵詞：曲線連續(xù)粱橋；支座；鋼柬；橫隔梁；側(cè)向防崩筋 1 引言 對于地理環(huán)境復(fù)雜地段，為了更好地適應(yīng)橋址地形變化，美化環(huán)境，節(jié)約建設(shè)投資，曲線梁橋已成為首選方案。然而對曲線梁的結(jié)構(gòu)計算理論尚缺乏深入研究，曲線梁橋具有如下特點： (1)由于曲率的關(guān)系，垂直荷載作用在曲線梁上時，同 時產(chǎn)生彎矩和扭矩，并彼此互為影響，因此在曲線梁橋上 的豎向撓度為彎曲與扭轉(zhuǎn)兩者豎向撓度的迭加，其值比一 般直線正橋大。 (

2、2)通常橋梁寬度與曲率半徑之比增長越大，則與有相同寬跨比的直線橋的斷面內(nèi)力之差就顯得越大。 (3)對于曲線梁橋，由于旋轉(zhuǎn)力矩的作用，外梁內(nèi)力較內(nèi)梁大，所以內(nèi)外梁應(yīng)力產(chǎn)生差別構(gòu)成不經(jīng)濟斷面，與直 線橋相比造價較高。 (4)曲線橋中的橫梁起著保持全橋穩(wěn)定的重要作用， 因此與一般直線正橋相比需要加大橫粱剛度。 (5)曲線梁橋的反力與直線梁橋相比，有外梁變大內(nèi) 梁變小的趨勢，因此在內(nèi)梁中有產(chǎn)生負反力的可能。 (6)墩臺受力復(fù)雜，由于內(nèi)外側(cè)支座反力相差較大，使 各墩柱所受垂直力出現(xiàn)較大差異。彎橋下部結(jié)構(gòu)墩頂水平 力，除了與直橋一樣有制動力、溫度變化引起的內(nèi)力、地震 力等。還存在離心力和預(yù)應(yīng)力張拉產(chǎn)生的徑

3、向力。 在設(shè)計過程中，應(yīng)根據(jù)其特點，采用合適的計算方法 及構(gòu)造措施。 2支座設(shè)計 梁端支座在滿足承載力的前提下，橫向支座設(shè)置不應(yīng) 多于兩個，以免形成支座脫空。 所有中墩支座，應(yīng)橫橋向位移固定，可采用盆式或普 通板式橡膠支座。當(dāng)橋長較大(如大于100m)，梁端支座應(yīng)能順橋向自由滑動、橫橋向位移固定，可采用盆式橡膠支座，或附加橫橋向位移固定裝置的四氟板橡膠支座；當(dāng)橋長較小時，梁端支座可以采用普通板式橡膠支座。為保證橋梁在使用過程各個工況條件下的穩(wěn)定性，作 用于支座的最小豎向力要滿足要求對于一般的曲線梁橋 應(yīng)不小于80100kN。某立交橋在施工期間由于施工組織 不當(dāng)，在施工瀝青混凝土鋪裝時匝道橋一側(cè)

4、排滿了10余 輛料車，造成一聯(lián)匝道連續(xù)箱梁側(cè)翻，經(jīng)檢算支座最小豎 向力僅為20kN。因此支座豎向受力不僅要大于0，而且要 有一定的安全儲備，因為任何計算都是有誤差的。當(dāng)支座 出現(xiàn)負反力時，應(yīng)采用調(diào)整中墩偏心加大扭胯支座間距 的方法來滿足支座豎向力的要求。 3預(yù)應(yīng)力鋼束的布置 對于曲線連續(xù)梁橋在跨徑較大時采用預(yù)應(yīng)力混凝土 結(jié)構(gòu)是有利的。它既可有效地抵抗彎梁橋中的截面彎矩、剪力和扭矩又可提高結(jié)構(gòu)剛度，減小結(jié)構(gòu)尺寸和增大跨越能力。縱向預(yù)應(yīng)力鋼束的配置應(yīng)盡可能使預(yù)應(yīng)力束的平面布置于曲梁的軸線和預(yù)應(yīng)力的壓力線一致，預(yù)應(yīng)力鋼束的水平作合力作用點連線與梁中性軸相吻合。否則由于預(yù)應(yīng)力鋼束具有平面曲率，預(yù)應(yīng)力束

5、產(chǎn)生對梁的水平徑向作用力。這種水平力對梁的剪力中心的偏心扭矩會使曲梁產(chǎn) 生附加彎矩和扭矩。 預(yù)應(yīng)力梁理論中壓力線的定義為：預(yù)壓力對梁的形心 偏心距。壓力線限制區(qū)為滿足梁的上緣應(yīng)力、下緣應(yīng)力均 大于0或某一指定拉應(yīng)力，壓力線不得越出的區(qū)域壓力 線越出限制區(qū)的上邊界，梁的下緣將出現(xiàn)拉應(yīng)力或拉應(yīng)力 過大，反之上緣將出現(xiàn)拉應(yīng)力或拉應(yīng)力過大。限制區(qū)的寬度 與有效預(yù)加力的大小有關(guān)限制區(qū)的上界與下界相交，表示 有效預(yù)壓力不足。應(yīng)增加鋼束；上界與下界之間寬度過大，表 示預(yù)壓力富裕，可減少鋼束：而較經(jīng)濟的設(shè)計是上下界之間 寬度盡可能小，同時又能將整條壓力線包絡(luò)住，如圖1。壓力線調(diào)整方向與鋼索的調(diào)整方向有一致性如

6、果在中間支座處壓力線越出了上界如果壓力線在此處下降。則把鋼束在此處的位置往下壓或者把兩相鄰跨中的鋼束向上抬； 如果壓力線在某跨間位置太高，則把該跨間的鋼束下壓?；蛘甙褍上噜徶ё庝撌咸?，或把兩相鄰跨跨中的鋼束上抬。則可使其下降。曲線梁橋靠曲線外側(cè)的主梁其彎矩一般比內(nèi)側(cè)主梁大但外側(cè)主梁需要的鋼束數(shù)不一定要比內(nèi)側(cè)主梁多，這是曲線梁的平面彎曲效應(yīng)的結(jié)果。假定一多跨連續(xù)曲梁僅僅在一個中墩上存在水平位移和繞豎軸轉(zhuǎn)動約束其他墩臺的約束都為0，在預(yù)應(yīng)力的作用下，曲梁軸向縮短，半徑變小，梁端發(fā)生徑向位移；然而實際上，兩橋臺對徑向位移是會有約束的，這種徑向約束力把已經(jīng)變小了的半徑再變大，內(nèi)側(cè)主梁、外側(cè)主梁受到

7、附加的預(yù)拉力、預(yù)壓力，外側(cè)主梁受益?？傊?，各主梁預(yù)應(yīng)力鋼束的配置應(yīng)以壓力線限制區(qū)圖顯示的信息為準，它充分考慮了空間鋼索、空間變形、收縮徐變、體系轉(zhuǎn)換、荷載及施工措施的影響。4橫隔梁的設(shè)計 曲線箱梁橋的橫隔梁設(shè)置要比相應(yīng)的直橋有所加強，如果不適當(dāng)設(shè)置內(nèi)橫隔梁，橫斷面的畸變引起的畸變應(yīng)力可能會超過受彎正應(yīng)力。 墩臺受到的豎向力，是通過梁的腹板傳來的。如果把橫隔板(連同前后各一部分上下底版)截取出來作為脫離體作用在脫離體的每個腹板上的豎向力(它來自每個腹板前后截 面上剪力)之和應(yīng)與墩臺對它的豎反力向平衡，如圖2所示， 即：Vi：Ri (1)無論恒載、活載都應(yīng)當(dāng)滿足這個平衡條件。V1、V2、V3 之間

8、的大小關(guān)系對于恒載可根據(jù)力矩平衡條件確定。對于活荷載而言：當(dāng)橫隔梁有最大橫彎矩的時候，墩臺的豎反力也一定或差不多是最大；墩臺的豎反力最大時，汽車一定滿布各車道，并且靠近該墩，這時各腹板承受 的豎向力雖然可能不會完全相等，但一定是大致均勻的。這樣可以確定最簡單的橫隔梁計算辦法，把豎反力均分到各腹板上，即使墩有偏心也這么做，馬上就可以按梁理論求出橫彎矩、橫剪力。把橫隔梁截取出來作為脫離體時與橫隔梁共同作用的頂?shù)装鍖挾群土焊吲c橫向跨徑或懸臂長度之比有關(guān)，和上下底板的厚度有關(guān)。橫隔梁兩側(cè)頂?shù)装甯魅?.5倍梁高與6倍箱梁頂板厚度的小者作為參與橫隔梁共同作用的上下底板的寬度，根據(jù)經(jīng)驗這個取值是安全的。5側(cè)

9、向防崩鋼筋的設(shè)計在后張預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋中，當(dāng)平面曲率半徑較小時，張拉過程中應(yīng)考慮預(yù)應(yīng)力筋束會否崩裂腹板的問題。這是由于具有水平曲率的縱向預(yù)應(yīng)力筋束在張拉過程中產(chǎn)生對腹板混凝土的徑向壓力所引起。孔道中單位長度預(yù)應(yīng)力筋束的最大水平徑向壓力用下式計算：由于各種原因?qū)嶋H上的水平?jīng)_切力有可能比理論值大得多，在驗算配筋時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)。使用 對 曲梁腹板的彎曲承載力及抗沖剪強度進行驗算，確定腹板 內(nèi)箍筋的直徑和數(shù)量及另需增添防崩箍筋的用量。參考文獻：1孫光華曲線粱橋計算M北京：人民交通出版社，1995。 2邵榮光混凝土彎粱橋M北京：人民交通出版社，1994。3高島春生(日)曲線粱橋M北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001。 4JTGD62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范 S。5林同炎，Ned HBums預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計M北京：中國鐵道 出版社。1983。6徐光輝，胡明義，等公路橋涵設(shè)計手冊K北京：人民交通出版