２０１６年ｏ４月第０４期 ＤＯＩ：１０．１６７９９￣．ｃｎｋｉ．ｃｓｄｑｙｆｈ．２０１６．０４．０２０ 城市道桥与防洪 桥梁结构６ｌ 钢筋混凝土连续弯箱梁桥结构受力特点与实例分析 曲世琨 （中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海市２０００３２） 摘要：钢筋混凝土弯箱梁桥因其良好的力学性能及经济性，同时对道路线型的适应性，在城镇立交设计及公路路网交叉节点 设计时得到了广泛的应用。现分析弯箱梁桥的力学性能及受力特点，并结合工程实例探讨有关弯箱梁桥支座布置及抗倾覆的问 题，总结出弯箱梁桥在设计过程中的注意事项及解决方法，为同类桥型的设计提供一定的参考。 关键词：弯箱梁桥；支座布置；抗倾覆 中图分类号：Ｕ４４１￣．５ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００９—７７１６（２０１６）ｏ４—００６１－０４ Ｏ引言 矩和扭矩的叠加效应下较一般直线梁桥大，梁截 面主拉应力效应也较大。曲线半径越小，扭矩就越 随着城镇规模的发展及道路交通的需要，道 大，大曲线侧的梁体的变形就越明显。对于常用的 路路网建设时在部分交通节点需修建互通立交。 箱型截面梁，过大的耦合效应将使梁端产生翘曲 在道路线型设计的过程中，由于受地形、地物条件 变形。如若梁端横向约束刚度不足，在荷载的长久 的影响，或在立交匝道工程中，需设置部分曲线以 作用下，梁体将逐渐向曲线外侧“爬移”。因此，在 满足线型及交通功能的需要【“。当路线曲线半径较 弯、扭矩的共同作用下，结构的变形、横向位移将 大时，常规的设计理念是以直代曲，该方法虽能满 成为影响结构使用性能的一大隐患。在进行小曲 足线型走向及使用功能，但美观程度欠缺，后浇湿 线半径桥梁设计时，需采取相应的措施以减小耦 接缝也存在众多弊病。而当遇到小曲线半径的路 合作用对梁体的影响。 线时，往往需要采用整体现浇连续弯箱梁桥以满 １．２曲线内外侧受力不均 足设计的需要。相对于直线梁桥，连续弯箱梁桥能 扭矩在截面上产生的剪力流，使得内外侧梁 适应较为复杂的建筑空间条件，整体受力性能优 体形成荷载差，导致外侧梁所受荷载加大，内侧梁 越，同时曲线梁外观柔美轻快，线型生动优美，且 所受荷载相应减小，从而导致内外侧梁体变形不 行车平顺流畅。弯箱梁虽有以上优点，但也存在些 一致，截面应力不均匀，降低结构的耐久性。 许不足，如在弯扭耦合作用下箱梁梁端偏向曲线 １．３支反力不均引起支座脱空 外侧“爬移”，内外侧支反力不均导致的支座脱空， 梁体内外侧受力不均的间接影响是使得设置 使用阶段梁体裂缝宽度超限值，以及伸缩缝变形 了抗扭双支座的梁体内外侧支座不均匀受力。支 不均匀等问题。在弯箱梁桥的设计过程中，有针对 反力的不均匀不仅左右支座的选型，同时也会影 性地对可能出现的病害采取有效的防治措施，最 响墩台结构的设计。当内外反力差很大时，如若未 大程度地提高结构的使用寿命及景观效果。 设置有承受拉力的支座，曲线内侧的支座将会脱 １弯箱梁桥受力特点 空，使得梁体与支座脱离，严重影响曲线外侧支座 受力及结构整体安全。因而在结构尺寸设计及支 １．１弯．扭耦合作用 座布置时需尽量减少这种反力差，使内外支反力 作为曲线梁桥的特点之一：即是梁体在外力 均衡化。 作用下同时产生弯矩和扭矩，两者相互影响，形成 鉴于弯箱梁桥独特的受力特点，当结构设计 “弯一扭”耦合作用【 。在这种耦合作用力下，结构 不合理或使用阶段维护不当时，梁体将会产生一 的受力变得异常复杂且不明确。梁体的变形在弯 系列的有别于直线桥梁的病害。如上所述，主梁支 座的脱空、主梁裂缝及变形超限、整体倾覆破坏、 收稿日期：２０１６－０１—１９ 作者简介：曲世琨（１９８１一），男，山东莱州人，硕士，工程师，从事 墩柱开裂破坏等。因此，需对曲线梁桥进行全面的 路桥工程设计工作。 分析及可靠的设计。 ６２ 桥梁结构 城市道桥与防洪 ２０１６年ｏ４月第Ｏ４期 ２弯箱梁桥可靠性设计 针对小半径曲线弯箱梁可能产生的病害，需 对其进行有效的防治。总体而言，有以下几种方 式。 ２．１合理布置桥跨 的比值及抗倾覆稳定系数不应小于２．５。抗倾覆验 算的前提是确定结构的倾覆轴线：（１）当跨中桥墩 全部支座位于桥台外侧支座连线内侧时，倾覆轴 线为桥台外侧支座连线；（２）当跨中桥墩全部支座 位于桥台外侧支座连线外侧时，倾覆轴线取为一 桥台外侧支座和跨中桥墩支座连线。其抗倾覆安 对于普遍性存在的梁体内侧支座脱空的现 状，为保证曲线内侧支座处于受压状态，比较有效 的措施之一：即合理布置桥跨，使边跨尽量与中跨 跨径相近。理论研究证明，当边跨与中跨比为０．８ 或采用等跨布置时，即可消除因跨径不等而产生 的反力差，避免内侧支座出现拉应力。 ２．２加强箱梁构造设计 在以往的箱梁设计时，结构尺寸如顶底板、腹 板等均设计得比较纤薄。虽然减少了结构自重，但 也降低了结构的抗剪能力，横向的抗扭转抗畸变 能力也被削弱［３］。为了达到两者的平衡，需采取相 应的构造措施以提高截面的抗力：（１）正确设计顶 底板及腹板厚度，腹板厚度不宜小于３０ ｃｍ，顶底 板厚度不宜小于２０ ｃｍ，靠近支点的截面加厚数不 小于原厚度的５０％；（２）适当增加横隔板数量，除 端横隔梁外，在跨内按不超过１０ ｍ的间距布置厚 度不小于３０ ｃｍ的横隔板；（３）合理选择悬臂长 度，通过合理设计翼缘板有效分布宽度来调整剪 力滞效应的影响。 ２．３支座的合理选型及布置 正确的选择支座样式及合理的布置，将会有 效地防止梁体“爬移”和“脱空”，并改善梁体的力 学效应。常见的弯箱梁桥支撑体系可概括为四种： 独柱点铰支承体系、独柱点铰一固结混合支承体 系、全抗扭支承体系及点铰一抗扭混合支承体系。 独柱墩虽然能减少下部结构的设置，并对建筑空 间有更好的应用性，但梁体及墩台扭矩效应明显， 受力形式较布置有抗扭支座的结构而言略差。而 以上四种体系又分别包含设置预偏心或不设置预 偏心两种类型ｆ４１。预偏心设置的大小需根据计算确 定，偏心值得设置应使梁体在自重作用下内外侧 支反力及墩台两侧扭矩大小比较均衡为宜。当确 定支座布置方式后，需合理选择支座的约束方式， 是单向支座、双向支座或固定支座，应通过计算对 比分析，找出使梁体及墩台受力最均衡的约束方 式。 ２．４整体抗倾覆设计 对中小跨径弯箱梁桥，需进行上部结构整体 抗倾覆验算：使上部结构倾覆的汽车荷载（含冲击 作用）标准值效应与使上部结构稳定的作用效应 全系数 可按下式计算『５］： … ∑尺 枥 式中： 为成桥状态时各个支座的支反力；托为各 个支座到倾覆轴线的垂直距离； 为冲击系数；口 及 为车道荷载中均布荷载及集中荷载；Ｑ为倾 覆轴线与横向加载车道围成的面积；ｅ为横向加载 车道到倾覆轴线垂直距离的最大值。 ３工程实例分析 综上所述，在全面了解和分析了弯箱梁桥的 受力特点及可靠性设计的理念后，下面以一实际 工程为例对该类结构进行分析研究，并着重分析 荷载作用下结构的反力、扭矩效应及全桥的抗倾 覆安全性。 ３．１工程概述 该工程为某城市一互通立交桥ｓ匝道第二联 ３×２０ ｍ钢筋混凝土连续弯箱梁桥，中心桩号 Ｓ０＋１０５．２２６，匝道位于半径Ｒ＝７０ ｍ的圆曲线上。 上部结构采用单箱双室的钢筋混凝连续弯箱梁， 混凝土等级为Ｃ５０。梁高１．８ ｍ，桥面宽１１．５ ＩＴＩ，翼 缘板宽度为２．５ ｍ。跨中截面顶板厚度为２５（３ｍ，底 板厚为２２ ｃｍ，腹板厚４０ ｃｍ；支点处各结构厚度 均增加２０ ｃｍ。各跨间设置３０ ｃｍ厚跨中横隔板。 全桥支座采用全抗扭双支座，支座中心间距为４ ｍ， 在０号、３号墩设置１０ ｃｍ向曲线外侧偏心；在１ 号、２号墩处设置１５ ｃｍ向曲线外侧偏心。下部结构 采用双柱花瓶墩，钻孔灌注桩基础：墩身厚１．６ ｍ， 宽度由１．５ ＩＴＩ过渡到２．０ ｍ，承台厚２．０ ｉｎ，桩基直 径１．８ ｎｌ，桩长３０ ｉｎ。匝道立面、平面及断面图如 图１所示。 ３．２结构建模与单元离散 该桥采用ＭＩＤＡＳ／ＣＩＶＩＬ有限元软件进行上部 结构分析计算。全桥共划分为９６个单元，１１３个节 点（其中包含１６个支座节点）。结构离散模型如图 ２所示。结构考虑荷载效应如表１所列。 支座布置如图３所示：全桥在曲线内侧１号 墩设置固定支座，其余墩分别设置单向或双向支 座 ２０１６年０４月第０４期 城市道桥与防洪 桥梁结构６３ ’ ｉ １０２ ， ｔ：Ｏ １０３Ｊ ３§ｄ ｆ ｌ０是ｚ９ ！． ， 卅８／ ０ 莹 薅 一｛ 蚕 孽。 善 ● 零 参 、乏 簸 ｉ 图１匝道立面 平面及标准断面圈（单位：ｃｍ） 一蜘各愁 一避力 一奴啦 撇一 ～ 图２全桥结构离散模型透视图 ３．３．２扭矩计算 单向 双向 图３支座布置示意图 过合理的布置支座，以及相应的构造措施各跨问扭矩绝对值较为均衡， 恒载及活载 矩效应如图４、图５所示。 、 ．． ，３全桥结构计算分析 ３．１支反力计算 该工程采用全抗扭双支座， ３．３．３抗倾覆计算 根据上述弯箱梁抗倾覆计算理论在考虑支座预偏 倾覆轴轴线，建立抗倾覆计算模型，． ，选定结构 如图６所 ： ６４ 桥梁结构 鄹 一 一…一～ 城市道桥与防洪 一一 潮 ２０１６年ｏ４月第ｏ４期 图４恒载作用下全桥扭矩图 图５活载作用下全桥扭矩包络图 各支座到倾覆轴线距离为Ｘ１＝３．９６ ｍ，Ｘ２＝Ｏ ｍ， Ｘ３＝３．９５８ ＩＴＩ，Ｘ４＝Ｏ ｍ，Ｘ５＝９．Ｏ１ ｍ，Ｘ６＝５．３７６ ｍ，Ｘ７＝ （１）边跨与中跨跨径比宜为０．８～１．０，可在一定 程度上消除因跨径不等而产生的反力差，改善支 座不均匀受力的现象。 （２）适当增加中横隔板数量或适当加厚，可大 大增强截面的抗扭能力，避免箱梁截面因抗扭特 性布置导致的畸变。 （３）在桥下建筑空间允许的条件下适当增大 支座间距，并设置支座预偏心，可大大改善结构内 外侧变形及受力不均的现象，并有效地防止梁体 “爬移”或支座“脱空”。 （４）采用全抗扭双支座的结构形式，其抗倾覆 能力将大大提升，并能有效地改善梁体“弯一扭耦 合”效应，上部结构受力更均衡。 １８．６９６ １ＴＩ，Ｘ８＝１５．６８１ Ｉｎ，其恒载支反力如表２所 列。倾覆轴线与横向加载车道围成的面积Ｑ：７５．８２ ｍ２， 横向加载车道到倾覆轴线垂直距离的最大值ｅ＝ ３．３０５ ｍ。经计算，该结构抗倾覆安全系数Ｔ４－－３５．８ 远大于２．５，故全桥抗倾覆安全验算满足要求。 参考文献： ［１］邓涛．预应力连续弯箱梁桥的设计与分析ｆＪ１．山西建筑，２０１３， 倾覆轴 车道围 （２４）：１８０－１８１． ［２】邵荣光．混凝土弯梁桥【Ｍ】．北京：人民交通出版社，１９９６． 『３熊雪明．３１钢筋混凝土连续弯箱梁桥设计实例［Ｊ】．城市道桥与防 图６上部结构箱梁抗倾覆计算模型 洪，２０１ １，（４）：７８—８１． ［４］梁仲林．曲线粱桥设计中支承形式的选用【Ｊ】＿桥梁建设，２００７， （增刊）：７一ｌ０． 【５］姚玉强，张磊，张杨．中小跨径连续梁桥抗倾覆计算研究［Ｊ］．西南 公路，２０１３，（０１）：３６—４１． ４结语 通过上述理论结合工程实际的分析研究，得 出如下几点结论： ｆ６ Ｊ６］ＴＧＤ６０—２０１５，公路桥梁设计通用规范【ｓ］． 国内首条过海地铁隧道盾构机厦门始发 近日，厦门地铁２号线过海隧道施工的首台盾构机在厦门海沧大道站始发。该工程开创了地铁海底 盾构施工的先河，标志着厦门轨道交通２号线的建设进入新阶段，正式展开过海隧道的掘进施工。 轨道交通２号线作为厦门地铁交通线网中的中心放射骨干线，主要承担了厦门岛与海沧城区间跨海 交通功能，全长４１．５ ｋｍ，车站３２站，均为地下站。其中，整条线路施工最大的难点在于工程需要穿越厦门 本岛与海沧区之间的海域。 轨道交通２号线过海隧道作为全国首条采用盾构法施工的地铁海底隧道，地铁线路呈东西走向。过 海隧道区间全长２．７ ｋｍ，其中，仅海底隧道的长度就达２．１ ｋｍ。 作为地铁过海隧道施工盾构机首发站点的海沧大道站，沿海而建，周边环境复杂。结合所处的地层条 件，经专家多次研究论证后，决定采用“盾构法＋矿山法”的组合施工方案。为了尽量减少对周边环境的影 响，盾构设备将选择对地层沉降变形控制更好的泥水平衡盾构机，盾构机开挖的泥渣采用压滤处理，实 现“零污染”。
