淺談連續(xù)彎梁橋設(shè)計(jì)

萬佳

（吉安市建筑設(shè)計(jì)規(guī)劃研究院，江西 吉安 343000）

隨著高等級(jí)公路在路線線形方面的要求越來越高，要求橋梁設(shè)計(jì)完全符合路線線形，所以橋梁的平面布置，基本上應(yīng)服從整體線形布置的要求，橋梁縱坡也應(yīng)服從路線縱坡。為了抵抗梁截面的彎矩和扭矩，在彎梁橋設(shè)計(jì)中多采用箱形截面。由于橋面超高的需要及梁體受扭時(shí)外邊梁受力較大的需要，故可在橋梁橫向?qū)⒏髦髁翰贾米龀刹煌牧焊?。為了?gòu)造簡(jiǎn)單，方便施工，也可將主梁做成等高度的，其超高橫坡由墩臺(tái)頂面形成。

1 橋梁安全性、耐久性差的主要原因

1.1 施工和管理水平低

國內(nèi)外多座橋梁的突然破壞與倒塌，已使工程界對(duì)橋梁安全性問題倍加關(guān)注。大量的橋梁在遠(yuǎn)沒有達(dá)到預(yù)期使用壽命時(shí)，出現(xiàn)了影響正常使用的病害與劣化；特別是一些橋梁在只使用了幾年、甚至剛建成不久就出現(xiàn)嚴(yán)重的耐久性不足的問題，這也與施工質(zhì)量低下有重要關(guān)系，典型的問題有鋼筋保護(hù)層不足及目前廣泛存在于施工現(xiàn)場(chǎng)的嚴(yán)重的構(gòu)件開裂問題（主要原因包括：水泥選用、混凝土配合比、振搗、養(yǎng)護(hù)不當(dāng)及預(yù)應(yīng)力施加不合理等）。這些施工上的缺陷雖然短期不會(huì)對(duì)橋梁的正常使用產(chǎn)生明顯的影響，但卻會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的長期耐久性產(chǎn)生非常不利的危害。

1.2 設(shè)計(jì)理論和結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系不夠完善

在承認(rèn)施工存在問題的同時(shí)，也不可否認(rèn)，在橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別是關(guān)于橋梁施工和使用期安全性的問題還有許多可以改進(jìn)的地方。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)是選擇經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案，其次是結(jié)構(gòu)分析與構(gòu)件和連接的設(shè)計(jì)，并取用規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)或可靠性指標(biāo)以保證結(jié)構(gòu)的安全性。

許多設(shè)計(jì)人員往往只滿足于規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算上的安全度需要，而忽視從結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)維護(hù)、結(jié)構(gòu)耐久性以及從設(shè)計(jì)、施工到使用全過程中經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯(cuò)誤等方面去加強(qiáng)和保證結(jié)構(gòu)的安全性。有的結(jié)構(gòu)整體性和延性不足，冗余性小；有的計(jì)算圖式和受力路線不明確，造成局部受力過大；有的混凝土強(qiáng)度等級(jí)過低、保護(hù)層厚度過小、鋼筋直徑過細(xì)、構(gòu)件截面過薄；這些都削弱了結(jié)構(gòu)耐久性，會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全性。不少橋梁、雖然滿足了設(shè)計(jì)規(guī)范的強(qiáng)度要求，僅用了5～10年就因?yàn)槟途眯猿隽藛栴}影響結(jié)構(gòu)安全。結(jié)構(gòu)耐久性不足已成為最現(xiàn)實(shí)的一個(gè)安全問題，設(shè)計(jì)時(shí)要從構(gòu)造、材料等角度采取措施加強(qiáng)結(jié)構(gòu)耐久性。

不同的環(huán)境和使用條件、不同的設(shè)計(jì)對(duì)象都會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)體系提出不同的布局和構(gòu)造等方面的要求。規(guī)范再詳細(xì)也不能包羅本應(yīng)由設(shè)計(jì)人員解決的各種問題、規(guī)范更新得再快也適應(yīng)不了新認(rèn)識(shí)、新技術(shù)、新材料快速發(fā)展對(duì)結(jié)構(gòu)提出的各種新的要求。因此，合理可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除了滿足規(guī)范的要求外，還要求設(shè)計(jì)人員具有對(duì)結(jié)構(gòu)本性的正確認(rèn)識(shí)、豐富的經(jīng)驗(yàn)和準(zhǔn)確的判斷。

2 彎梁橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

直梁橋受“彎、剪”作用，而彎梁橋處于“彎、剪、扭”的復(fù)合受力狀態(tài)，故上、下部結(jié)構(gòu)必須構(gòu)成有利于抵抗“彎、剪、扭”的措施。

2.1 彎梁橋的彎扭剛度比對(duì)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和變形狀態(tài)有著直接的關(guān)系：彎扭剛度比越大，由曲率因素而導(dǎo)致的扭轉(zhuǎn)彎形越大，因此，對(duì)于彎梁橋而言在滿足豎向變形的前提下，應(yīng)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。

2.2 在彎梁橋截面設(shè)計(jì)時(shí)，要在橋跨范圍內(nèi)設(shè)置一些橫隔板，以加強(qiáng)橫橋向剛度并保持全橋穩(wěn)定性。在截面發(fā)生較大變化的位置，要設(shè)漸變段過渡，減小應(yīng)力集中效應(yīng)。

2.3 在進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮扭矩效應(yīng)，彎梁應(yīng)在腹板側(cè)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(yīng)配置較多的抗扭箍筋。

2.4 城市立交橋中的彎箱梁橋中墩多布置成獨(dú)柱支承構(gòu)造。在獨(dú)柱式點(diǎn)鉸支承彎連續(xù)梁中，上部結(jié)構(gòu)在外荷載作用下產(chǎn)生的扭矩不能通過中間支承傳至基礎(chǔ)，而只能通過曲梁兩端抗扭支承來傳遞，從而易造成曲梁產(chǎn)生過大扭矩。為減小彎梁橋梁體受扭對(duì)上、下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響，可采用以下方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力平衡的調(diào)整：

2.4.1 為減小此項(xiàng)扭矩的影響，比較有效的辦法是通過調(diào)整獨(dú)柱支承偏心值來改善主梁受力。

2.4.2 通過預(yù)應(yīng)力筋的徑向偏心距來消除曲梁內(nèi)某些截面過大的扭矩，改善主梁的受力狀態(tài)也是一種行之有效的辦法。預(yù)應(yīng)力曲線梁往往產(chǎn)生向外偏轉(zhuǎn)的情況，這是由其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)造成的。預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的扭矩分布和自重、恒載作用下的扭矩分布規(guī)律有著較大的區(qū)別，為調(diào)整扭矩分布，可在曲線梁軸線兩側(cè)采用不同的預(yù)應(yīng)力鋼束及錨下控制應(yīng)力，構(gòu)成預(yù)應(yīng)力束應(yīng)力的偏心，形成內(nèi)扭矩來調(diào)整曲線梁扭矩分布。

2.5 下部支承方式的確定。曲線梁橋的不同支承方式，對(duì)其上、下部結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響非常大。對(duì)于彎梁橋，中間支承一般分為兩種類型：抗扭型支承（多支點(diǎn)或墩梁固結(jié)）和單支點(diǎn)鉸支承。在曲線梁橋選擇支承方式時(shí)，可遵循以下原則：

2.5.1 對(duì)于較寬的橋（橋?qū)払＞12m）和曲線半徑較大（一般R＞100m）的曲線梁橋，由于主梁扭轉(zhuǎn)作用較小，橋體寬要求主梁增加橫向穩(wěn)定性，故在中墩宜采用具有抗扭較強(qiáng)的多柱或多支座的支承方式，亦可采用墩柱與梁固結(jié)的支承形式。

2.5.2 對(duì)于較窄的橋（橋?qū)払≤12m）和曲線半徑較?。ㄒ话慵sR≤100m）的曲線梁橋，由于主梁扭轉(zhuǎn)作用的增加，尤其在預(yù)應(yīng)力鋼束徑向力的作用下，主梁橫向扭矩和扭轉(zhuǎn)變形很大。由于橋窄因此宜采用獨(dú)柱墩，但在選用支承結(jié)構(gòu)形式時(shí)應(yīng)視墩柱高度不同而確定。較高的中墩可采用墩柱與梁固結(jié)的結(jié)構(gòu)支承形式。較低的中墩可采用具有較弱抗扭能力的單點(diǎn)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(zhuǎn)變形。但這兩種交承方式都需對(duì)橫向支座偏心進(jìn)行調(diào)整。

2.5.3 墩柱截面的合理選用。當(dāng)采用墩柱與梁固結(jié)的支承形式時(shí)就必須注意墩柱的彎矩變化。在主梁的扭轉(zhuǎn)變形過大同時(shí)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?yàn)榫匦谓孛嫜刂髁嚎v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(zhuǎn)變形，更適合其受力特點(diǎn)。

2.6 彎梁橋設(shè)計(jì)中需要注意的其它問題

2.6.1 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。

2.6.2 當(dāng)橋長較大（如大于100m），梁端支座應(yīng)能順橋向自由滑動(dòng)、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(gòu)造，應(yīng)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(dāng)橋長較小時(shí)，梁端支座可以采用普通板式橡膠支座?！傲憾嗽O(shè)普通板式橡膠支座、所有中墩設(shè)橫橋向自由滑動(dòng)的盆式支座”，對(duì)曲線梁橋是危險(xiǎn)的，應(yīng)絕對(duì)避免。

2.6.3 當(dāng)曲線梁橋比較寬、各墩也較寬時(shí)，應(yīng)注意溫度變化時(shí)由于曲線梁水平彎曲變形在墩頂產(chǎn)生的橫橋向水平作用力可能會(huì)比較大，尤其是當(dāng)所有中墩支座均為橫橋向位移固定時(shí)。

結(jié)語

因此，我們?cè)跇蛄汗こ淘O(shè)計(jì)中，橋梁存在的隱患是十分關(guān)鍵的，必須根據(jù)具體的橋梁做具體的工程設(shè)計(jì)，還應(yīng)該注意橋梁在建造和使用過程中，一定會(huì)受到環(huán)境、有害化學(xué)物質(zhì)的侵蝕,并要承受車輛、風(fēng)、地震、疲勞、超載、人為因素等外來作用，同時(shí)橋梁所采用材料的自身性能也會(huì)不斷退化，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)各部分不同程度的損傷和劣化。然而，影響結(jié)構(gòu)耐久性的決定性因素是來自構(gòu)造上 (也即設(shè)計(jì)上)的缺陷卻往往被人們忽視。所以，橋梁存在的隱患已成為迫切需要解決的問題，要積極借鑒成功的經(jīng)驗(yàn)和做法，除了加強(qiáng)施工質(zhì)量管理外，要從橋梁設(shè)計(jì)理念、結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)造的角度做好防患設(shè)計(jì)。彎梁橋由于其結(jié)構(gòu)受力的特殊性，較同等跨徑的直梁橋要復(fù)雜得多，因此在進(jìn)行彎橋設(shè)計(jì)和計(jì)算時(shí)應(yīng)引起足夠的重視。

[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(jì)算[M].北京：人民交通出版社，1997.

[3]何維利.獨(dú)柱支承的曲線梁橋設(shè)計(jì)[C].中國土木工程學(xué)會(huì)橋梁及結(jié)構(gòu)工程學(xué)會(huì)和十四屆年會(huì)論文集.