論如何做好曲線橋梁的設(shè)計(jì)

吳德儉

摘要：伴隨著我國現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)與科技的快速發(fā)展，私家車的數(shù)量也在逐步的增長，隨之交通運(yùn)輸也就十分的緊張，交通的快速轉(zhuǎn)換就顯得尤為重要，曲線橋梁設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)各方向交通轉(zhuǎn)換的必要手段。本篇文章主要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)計(jì)算等方面進(jìn)行探討，敘述了曲線橋梁設(shè)計(jì)的主要技術(shù)特點(diǎn)，能夠?yàn)榍€橋梁設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)借鑒。

關(guān)鍵詞：意義；橋梁設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)計(jì)算

引言

隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國家公路交通、城市快速路的建設(shè)速度越來越快，曲線橋是互通、大型樞紐不可或缺的重要組成部分，在城市快速路中的地位也不可取代。而在我國橋梁設(shè)計(jì)體系和理論等等都不夠完善，在現(xiàn)代化曲線橋梁設(shè)計(jì)的領(lǐng)域有許多的不足之處，還有較大的發(fā)展空間。在我國經(jīng)常使用的曲線橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有現(xiàn)澆混箱型結(jié)構(gòu)、鋼箱梁結(jié)構(gòu)，不僅能夠承受彎矩和剪力，并且有較好的抗扭承載力。

1 現(xiàn)代化曲線橋梁設(shè)計(jì)的意義

目前曲線橋梁在現(xiàn)代化的公路及城市快速路中的數(shù)量逐年的增加，應(yīng)用已經(jīng)非常普遍，在曲線橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)該從多方面進(jìn)行全方位的考量，關(guān)于橋梁施工期、使用期安全性等問題，都是應(yīng)該著重要考慮的地方。在曲線橋梁設(shè)計(jì)中首先是選擇合理的結(jié)構(gòu)方案，其次對結(jié)構(gòu)的分析和連接的設(shè)計(jì)也是不容忽視的，在這分析過程中不僅要取用規(guī)定的安全系數(shù)和可靠的指標(biāo)，而且要充分考慮交通的現(xiàn)狀，選擇合適的偏載系數(shù)，這樣才可以保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全性。在城市建設(shè)中，現(xiàn)代化的曲線橋梁設(shè)計(jì)意義重大，是一個城市的標(biāo)志性建設(shè)，這樣一來就要不斷的完善橋梁設(shè)計(jì)理念和結(jié)構(gòu)體系。

2 現(xiàn)代化橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性

為了跨越河流、溝谷、下穿路等必須修建各種橋梁，因此橋梁是交通的重要組成部分。我國的橋梁建設(shè)在世界建設(shè)史上有輝煌的記載，古代的趙州橋、現(xiàn)代的蘇通大橋等都是我國橋梁設(shè)計(jì)的典型代表。橋梁的設(shè)計(jì)必須遵循基本原則，如安全，適用，經(jīng)濟(jì)，美觀，在當(dāng)今還必須有環(huán)保觀念。社會發(fā)展的今天，新興技術(shù)日新月異的改變，在橋梁設(shè)計(jì)方面也是如此，必須與時俱進(jìn)，采用新技術(shù)的同時采用新結(jié)構(gòu)，新設(shè)備，新材料，認(rèn)真學(xué)習(xí)國外的先進(jìn)橋梁設(shè)計(jì)理念。

2.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)

本橋平面位于曲線上，在沿跨長的各個控制截面上，除承受彎矩和剪力外，還承受一定的扭矩，故主橋采用單箱雙室預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，梁高 2.0m，跨中截面，箱梁底板保持 4%的傾斜，頂板傾斜同橋面橫坡，橋面橫坡通過箱梁腹板高度調(diào)整而成。全橋除在支點(diǎn)處設(shè)橫隔梁外，由于本橋處于曲線上，為增加整體橫向整體性和抗扭作用，還在各跨跨中設(shè)置 1 道 30cm 厚橫隔板，端橫梁寬1.5m，獨(dú)柱中橫梁寬 2.2m，其他中橫梁寬 2.0m。

2.3 預(yù)應(yīng)力布置

主橋根據(jù)受力計(jì)算配有縱向預(yù)應(yīng)力束，布置了腹板束、頂板短束、底板短束，分別采用 15-14Φs 15.2mm、15-15Φs 15.2mm，錨具采用 0VM15-14、0VM15-15，波紋管采用鍍鋅金屬波紋圓管。腹板束在梁的兩端對稱張拉，頂?shù)装宥淌谙淞簝?nèi)設(shè)置齒塊，兩端對稱張拉。張拉控制應(yīng)力 σcon=0.75fpk=1395MPa。

2.4 結(jié)構(gòu)計(jì)算

2.4.1 主要計(jì)算參數(shù)

體系整體升降溫：±25℃；基礎(chǔ)不均勻沉降取 0.7cm；混凝土加載齡期為 28d；平均相對濕度 80%，收縮徐變按10年考慮；豎向梯度溫度：正溫差 T1=14℃，T2=5.5℃，A=300mm；負(fù)溫差為正溫差的-0.5倍。預(yù)應(yīng)力鋼束管道摩阻系數(shù) μ=0.25，局部偏差系數(shù) k=0.0015，張拉控制應(yīng)力 1395MPa。

2.4.2 計(jì)算理論及控制條件

現(xiàn)澆連續(xù)箱梁按一次落架模型，采用有限元程序 Dr.BridgeV3.1和 MIDASCivil2012對該橋的平面及空間進(jìn)行計(jì)算分析。本橋按預(yù)應(yīng)力混凝土 A 類構(gòu)件設(shè)計(jì)，持久狀況極限狀態(tài)承載能力驗(yàn)算的荷載效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值進(jìn)行計(jì)算（已計(jì)入橋梁重要性系數(shù)）。

2.4.3 預(yù)偏心設(shè)置

9# 墩為無抗扭剛度的點(diǎn)，鉸支座，預(yù)設(shè)中間支座的偏心可改善橋梁的內(nèi)扭矩，使最大、最小扭矩絕對值接近相等，從而減少抗扭鋼筋的用量，同時也改善端部所受扭矩，使各支座受力均勻?？v梁劃分為 82 個空間梁單元，采用剛臂模擬兩端抗扭支座、點(diǎn)鉸偏心支座和對應(yīng)梁單元處的節(jié)點(diǎn)，且其剛度定義為無窮大。改變與偏心值對結(jié)構(gòu)各截面受力的影響很大，隨著預(yù)偏心值的變化，邊跨扭矩近似發(fā)生了上下平移和微小的轉(zhuǎn)動，在優(yōu)化得出的e=0.05m 下，邊跨內(nèi)正負(fù)扭矩絕對值近似相等。

2.4.4 主梁縱向計(jì)算

縱梁劃分為 82 個單元，采用剛臂模擬兩端抗扭支座及點(diǎn)鉸偏心支座和對應(yīng)梁單元處的節(jié)點(diǎn)，且其剛度定義為無窮大，支承節(jié)點(diǎn)號為 84#～92#。持久狀況正常使用極限狀態(tài)短期效應(yīng)組合下的縱梁上緣、下緣最小應(yīng)力值包絡(luò)，所有截面均滿足規(guī)范要求，且有一定的富余。通過對結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析，縱梁在持久狀況承載能力極限狀態(tài)強(qiáng)度與持久狀況正常使用極限狀態(tài)下的應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。

2.4.5 預(yù)應(yīng)力鋼束摩阻損失

曲線梁橋的預(yù)應(yīng)力鋼束是具有雙向曲率的空間曲線，它的摩擦應(yīng)力損失計(jì)算與空間曲線的幾何特性——撓率與曲率有關(guān)。對于曲線梁橋，所有預(yù)應(yīng)力鋼束在水平面的投影都應(yīng)當(dāng)是圓弧形，這種圓弧形不可能由成孔材料自然形成，只能由人工在較多的點(diǎn)上將其固定形成。這樣得到的管道在水平面上的投影是通過所有固定點(diǎn)的折線形。每一個轉(zhuǎn)折點(diǎn)都是一個局部偏差。固定點(diǎn)的間距越大，水平曲率半徑越小，局部偏差越嚴(yán)重，故本橋在縱向計(jì)算時除了滿足規(guī)范外，還保證一定的富余值。本橋?yàn)闇p少摩阻損失，一般定位鋼筋網(wǎng)間距直線段為 80cm，曲線段為30cm，平彎、豎彎段及箱梁梁底輪廓變化段應(yīng)適當(dāng)加密，且與箱梁鋼筋牢固焊接，以保證施工過程中鋼束位置不發(fā)生移動或變形。

3 曲線橋梁與直線橋梁的區(qū)別

曲線橋梁是現(xiàn)代城市建設(shè)中常用的設(shè)計(jì)方案，比以往的直線橋梁具備更多的實(shí)用性能，更加的符合橋梁設(shè)計(jì)遵照的基本原則，無論從結(jié)構(gòu)上，受力上，曲線橋梁的設(shè)計(jì)都比直線橋梁要更復(fù)雜，從整體上把握，曲線橋梁的支座平面位置要合理布置。

4 橋梁施工技術(shù)規(guī)范

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，橋梁建設(shè)在施工方法上有了較大的創(chuàng)新，已經(jīng)涌現(xiàn)出多種新型技術(shù)，通過大量的施工實(shí)踐，積累了豐富的橋梁施工技術(shù)的施工經(jīng)驗(yàn)，這樣能夠有效的提高我國現(xiàn)代化曲線橋梁的技術(shù)與施工水平。首先橋梁施工必須做好施工前的準(zhǔn)備工作和施工技術(shù)中的管理工作，應(yīng)該嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范，也必須嚴(yán)格遵照有關(guān)技術(shù)操作流程施工，在施工中應(yīng)采用新技術(shù)，新材料，新結(jié)構(gòu)等等。在施工過程中應(yīng)該保證橋梁的安全性，遵守安全操作規(guī)程，加強(qiáng)施工人員的安全生產(chǎn)教育，并且應(yīng)該建立健全的安全生產(chǎn)管理制度。

5 結(jié)束語

曲線橋梁的設(shè)計(jì)不同于直線的設(shè)計(jì)，在交通日益劇增的情況下，交通快速化轉(zhuǎn)換就尤為重要，曲線橋梁的設(shè)計(jì)也就擺在了重要的地位上?，F(xiàn)代化的曲線橋梁設(shè)計(jì)必須綜合考慮功能、經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)、安全系數(shù)、美觀等因素，對橋梁設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合比選，才能在橋梁設(shè)計(jì)、施工中達(dá)到預(yù)期效果。曲線橋梁受力復(fù)雜，對結(jié)構(gòu)的抗彎，抗扭性要高于同等跨徑的直線橋梁。許多設(shè)計(jì)人員往往只滿足于規(guī)范對結(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)的人為錯誤等方面去加強(qiáng)和保證結(jié)構(gòu)的安全性。