預(yù)應(yīng)力混凝土曲線梁橋設(shè)計(jì)問題探討

郭慶超

【摘要】預(yù)應(yīng)力混凝土曲線梁橋作為現(xiàn)代交通運(yùn)輸體系的重要構(gòu)成部分，起到在有限空間實(shí)現(xiàn)道路轉(zhuǎn)向功能的作用，是一種常見的橋梁結(jié)構(gòu)形式。但預(yù)應(yīng)力混凝土曲線橋梁，卻時(shí)常出現(xiàn)各類設(shè)計(jì)問題，如橋跨結(jié)構(gòu)向外翻轉(zhuǎn)、固結(jié)墩產(chǎn)生環(huán)向裂縫等，存在嚴(yán)重的安全隱患。因此，本文對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土曲線梁橋常見設(shè)計(jì)問題進(jìn)行歸納分析，并闡述設(shè)計(jì)要點(diǎn)，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】預(yù)應(yīng)力混凝土;曲線梁橋;設(shè)計(jì)問題

1、預(yù)應(yīng)力混凝土曲線橋梁概述

1.1曲線橋梁發(fā)展

由于各地區(qū)地理環(huán)境存在明顯差異，為適應(yīng)不同類型的地質(zhì)地貌、滿足道路橋梁使用要求，往往選擇采取預(yù)應(yīng)力混凝土曲線梁橋作為城市立交橋，解除空間因素對(duì)市政道路轉(zhuǎn)向等使用功能的限制，以緩解城市交通壓力。但是，隨著公路等級(jí)的提高，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土曲線梁橋結(jié)構(gòu)質(zhì)量提出了更高的要求，傳統(tǒng)橋梁設(shè)計(jì)體系下存在諸多問題有待解決，這也是我國(guó)公路橋梁事業(yè)當(dāng)前的主要研究課題。

1.2結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)

與直線橋等橋梁類型相比，預(yù)應(yīng)力混凝土曲線橋梁具有以下結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)：在曲線橋梁截面部位出現(xiàn)豎向彎曲現(xiàn)象時(shí)，將同時(shí)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，最終使得梁體產(chǎn)生撓曲變形現(xiàn)象;預(yù)應(yīng)力混凝土曲線橋梁支點(diǎn)反力具有內(nèi)側(cè)小、外側(cè)大的特征。在滿足特定條件前提下，有可能產(chǎn)生內(nèi)側(cè)負(fù)反力現(xiàn)象;在持續(xù)受到對(duì)稱荷載作用力影響時(shí)，橋梁將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象;受到預(yù)應(yīng)力效應(yīng)的影響干擾，將對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土曲線橋梁的支反力分配情況造成影響，設(shè)計(jì)人員應(yīng)重點(diǎn)考慮這一問題。

2、預(yù)應(yīng)力混凝土曲線橋梁常見設(shè)計(jì)問題及要點(diǎn)

2.1基本尺寸擬定

現(xiàn)階段，在預(yù)應(yīng)力混凝土曲線橋梁結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，由于相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范不完善，設(shè)計(jì)人員往往選擇對(duì)直線梁橋設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行參考。同時(shí)，受到人為主觀因素影響，偶爾出現(xiàn)設(shè)計(jì)人員完全遵循“彎橋直做”理念的問題，導(dǎo)致所擬定曲線橋梁的基本尺寸不合理，與工程建設(shè)要求不符。

因此，需要結(jié)合工程實(shí)際情況，積極借鑒同類工程設(shè)計(jì)方案，合理擬定曲線橋梁的結(jié)構(gòu)基本尺寸，具體要點(diǎn)包括：在設(shè)定橋梁頂板與底板厚度時(shí)，為滿足后續(xù)鋼束布置要求，可選擇將跨中底板厚度設(shè)定在20cm左右、將頂板厚度設(shè)定在25cm左右，確保橋梁墩身頂/底板厚度比超過跨中;應(yīng)在腹板、頂/底板間隔區(qū)域中安裝梗腋，將底板區(qū)域梗腋比例控制在1：1，將頂板區(qū)域的梗腋比例控制在3：1。如此，所安裝梗腋可以起到控制畸變應(yīng)力、增強(qiáng)剪力流過渡效果、上調(diào)橋梁截面抗扭剛度與頂板支點(diǎn)剛度等作用;預(yù)應(yīng)力鋼束實(shí)際數(shù)量作為主要依據(jù)，合理設(shè)定腹板厚度值?，F(xiàn)階段，在多數(shù)預(yù)應(yīng)力混凝土曲線橋梁工程中，普遍將跨中腹板厚度值設(shè)定在45cm左右，并增加對(duì)橋梁支點(diǎn)區(qū)域腹板厚度;在擬定翼緣板寬度與厚度值時(shí)。如若翼緣板寬度較大，有可能出現(xiàn)剪力滯后現(xiàn)象。而在翼緣板寬度值過小時(shí)，將對(duì)截面結(jié)構(gòu)性能造成影響。因此，對(duì)翼緣板寬度的取值，設(shè)計(jì)人員以梁寬值為依據(jù)，將翼緣板寬度設(shè)定為梁寬的25%-35%以內(nèi)。同時(shí)，增加翼緣板厚度，將根部厚度值設(shè)定在30cm及以上。

2.2支座布置

從設(shè)計(jì)角度來看，支座布置合理與否，將直接對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土曲線橋梁的扭距縱向分布情況、扭矩值、墩柱受力情況造成影響干擾。同時(shí)，支座設(shè)置也是控制曲線橋梁扭轉(zhuǎn)變形問題的關(guān)鍵設(shè)計(jì)措施。但目前來看，在部分預(yù)應(yīng)力混凝土曲線梁橋設(shè)計(jì)方案中，普遍存在支座設(shè)置不當(dāng)、所選支承方式不合理的設(shè)計(jì)問題。

因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合工程情況，綜合分析橋梁平面曲率、墩柱截面及高度、跨徑值等各項(xiàng)因素，在其基礎(chǔ)上采取適當(dāng)?shù)那€梁橋支承方式。例如，針對(duì)多跨曲線橋梁，設(shè)計(jì)人員可選擇在橋梁中跨區(qū)域中安裝鉸支座，在兩端處設(shè)置抗扭支座。在梁內(nèi)中間區(qū)域安裝單點(diǎn)鉸支座，起到控制梁內(nèi)扭矩分布情況的作用。同時(shí)在橋梁中間跨與兩端安裝若干數(shù)量的抗扭支座，其余位置則設(shè)置中心鉸支座。此外，設(shè)計(jì)人員也可選擇在橋梁中間區(qū)域設(shè)置偏心鉸，這將起到強(qiáng)化橋梁結(jié)構(gòu)受力性能、調(diào)整扭矩分布情況的作用。但是，所調(diào)整橋梁扭矩?zé)o法被消除。

針對(duì)單跨曲線橋梁，可選擇在兩端區(qū)域設(shè)置抗扭支承，這將起到單獨(dú)調(diào)整橋梁支反力分布狀態(tài)的作用。在橋梁一端支承出現(xiàn)斜向變化現(xiàn)象時(shí)，則該支點(diǎn)截面負(fù)彎矩會(huì)隨之增加。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)將支座偏心距控制在2m以內(nèi)，避免對(duì)曲線橋梁的活載扭矩、預(yù)加應(yīng)力造成干擾影響。此外，設(shè)計(jì)人員需要合理設(shè)置曲線橋梁的支承偏移值，根據(jù)空間結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確計(jì)算。同時(shí)，將梁支反力合力以及恒載中心線二者保持一致，并在梁體、防震擋塊間隔區(qū)域中增設(shè)彈性支座，避免曲線橋梁在后續(xù)施工、使用期間出現(xiàn)側(cè)向位移現(xiàn)象。

2.3預(yù)應(yīng)力鋼束布置

在預(yù)應(yīng)力混凝土曲線橋梁中，所布置預(yù)應(yīng)力鋼束可以同時(shí)起到抵消彎矩、抵消外荷載扭矩的作用。但是，在預(yù)應(yīng)力鋼束布置錯(cuò)誤時(shí)，將會(huì)對(duì)曲線橋梁結(jié)構(gòu)造成破壞影響，無法起到抵消外扭矩等作用。常見預(yù)應(yīng)力鋼束布置方式包括，在曲線橋梁內(nèi)外側(cè)腹板中安裝相應(yīng)線形結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力筋、在頂板與底板中沿彎曲反向方設(shè)置預(yù)應(yīng)力筋、保持橋梁腹板區(qū)域預(yù)應(yīng)力筋的對(duì)稱狀態(tài)。當(dāng)前，國(guó)際上通用的曲線橋梁預(yù)應(yīng)力鋼束布置方式為，將鋼索分為抗扭、抗彎兩種，將整體橋梁結(jié)構(gòu)視作為一根梁，采取與直線橋相同方式來布置抗彎鋼束，在橋梁頂板、底板上沿彎曲方向反向布置抗扭鋼束。

2.4荷載計(jì)算不準(zhǔn)

在部分預(yù)應(yīng)力混凝土曲線橋梁工程中，由于設(shè)計(jì)人員工作經(jīng)驗(yàn)不足，或是已知工程信息不全面，所計(jì)算曲線橋梁設(shè)計(jì)荷載結(jié)果準(zhǔn)確性不足，或是荷載作用考慮不周。這一問題的存在，導(dǎo)致曲線橋梁工程在后期施工、通車使用期間，橋梁結(jié)構(gòu)承受過大荷載而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)開裂、滑塌等工程事故。因此，在荷載計(jì)算環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員必須將各類荷載進(jìn)行明確分類，如預(yù)應(yīng)力荷載、溫度荷載、活荷載、恒荷載等等。同時(shí)，綜合考慮橋梁結(jié)構(gòu)自重、溫度作用、離心力、二期荷載等等，并在設(shè)計(jì)荷載中預(yù)留一定空間，預(yù)防各類突發(fā)問題的出現(xiàn)。

結(jié)語(yǔ)：

與其他類型橋梁相比，曲線橋梁設(shè)計(jì)模式、要點(diǎn)存在明顯差異。因此，設(shè)計(jì)人員需要圍繞預(yù)應(yīng)力混凝土曲線梁橋常見設(shè)計(jì)問題而開展設(shè)計(jì)工作，如考慮荷載橫向分布設(shè)計(jì)問題，結(jié)合工程情況合理設(shè)定基本尺寸，選擇適當(dāng)支座布置方式，準(zhǔn)確計(jì)算荷載值等，保證橋梁達(dá)到理想的使用效果。

參考文獻(xiàn)：

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