预应力混凝土连续弯梁桥结构论文

【摘要】弯梁桥由于其结构受力的特殊性，较同等跨径的直梁桥要复杂得多，因此在进行弯桥设计和计算时应引起足够的重视。在进行弯梁结构设计时，对每一主要尺寸的拟定，都要考虑结构受力的要求和布置钢筋的构造要求；并采取适当的计算方法，对结构进行纵横向计算分析，以保证设计的安全性。 1 工程概况

某干道与互通立交工程E匝道桥第1联平面位于圆曲线内，路线中心线平面半径为82.5 m，起点桩号为EK0+076，终点桩号为EK0+171，长95 m，桥梁全宽10 m，横桥向设有4 %的超高。该桥跨越环岛干道，为单幅桥梁，跨径布置为30 m +35 m +30 m。下部结构采用花瓶式板墩，钻孔灌注桩基础。桥梁结构体系为单箱单室等截面预应力混凝土连续弯梁桥。 1. 2 主要材料

预应力混凝土连续弯梁采用C50 混凝土，墩身、台身、支座垫石采用C40 混凝土，承台、桩基采用C30 混凝土。桥面铺装层采用4 cm（SMA-13）改性沥青混凝土+6 cm（AC-20）中粒式沥青混凝土+3 cm（AC-10）沥青混凝土调平层+聚氨酯防水涂料。

主梁预应力筋用高强度低松驰钢绞线，其技术标准应符合GB/T 5224-2003 要求，公称直径15.20 mm，标准强度1 860MPa。弹性模量为2.0×105MPa。

普通钢筋：直径≥12 mm 者，均采用热轧HRB335钢筋；直径<12 mm 者，均采用热轧R235 钢筋。支座均采用QZ 系列球型支座。 2 结构设计及分析

由于受拆迁用地等制约因素的影响，该工程E 匝道第1 联桥位平面只能放置在半径较小的平曲线内。设计最主要的任务是确定结构构造，即合理选定主梁及桥墩的截面形式。

该桥设计具有以下几个特点：其一，预应力混凝土弯箱梁在设计难度较大的情况下，设置了斜腹板，导致了预应力钢束空间线形布设的难度更加复杂化；其二，桥面设置超高达4 %，导致了内外腹板高差较大，增加了箱梁自身的扭矩。针对曲线梁桥的受力特点及以上不利因素，笔者在结构设计中都给予了相应的解决办法。 2. 1 结构设计 2. 1. 1 上部构造设计

由于该桥跨径较大，同时考虑到线形顺畅及桥梁美观的要求，宜采用箱式截面。箱式截面具有挖空率高、材料用量少、结构自重小、抗扭刚度大、截面应力分配合理等优点。又由于预制结构很难适应城市桥梁小半径线形的变化，因此，该桥上部截面最终确定为现浇单箱

单室斜腹板预应力混凝土箱梁。上部结构梁高为180 cm（以箱中心为准），桥梁横坡由两腹板调节而成。内侧（圆心侧）腹板高度为170 cm，外侧腹板高度为190 cm。单幅桥箱梁顶板宽度为10 m，底板宽度为5 m。悬臂板长度为2.5 m。箱梁跨中断面其顶、底板厚度均为25 cm，腹板宽度为50 cm。4 m 过渡段之后，其腹板加厚至75 cm，底板加厚到50 cm。边跨梁端顶、底板厚度均为50 cm。为了便于施工，在悬臂板与腹板的交接处设R40 cm 的圆弧，以利于脱模。为增加桥梁的美观性，箱梁断面采用斜腹的形式（见图1）。 因为预应力引起的径向力（崩出力）作用明显，需加强腹板箍筋，从而起到增添防崩箍筋的作用，同时，专门设置了腹板预应力束的防崩钢筋。为防止产生过大的径向力，在设计中尽量避免采用大吨位的预应力钢束。为了做到这一点，主梁腹板特地加厚到50 cm，以满足两排小吨位预应力腹板束的布置。在布束时尽可能地在腹板的外侧布置，以增加腹板内侧混凝土抵抗厚度。 2. 1. 2 下部构造设计

该桥跨越环岛干道，制动墩高度为6 m，采用2.6 m×1.6 m 的花瓶式矩形桥墩。当采用墩柱与梁固结的支承形式时，就必须注意墩柱的弯矩变化。在主梁的扭转变形过大同时墩柱弯矩也很大（一般墩柱较矮）的情况下，宜采用矩形截面墩柱。因为矩形截面沿主梁纵向抗弯刚度较小，而沿主梁横向抗弯刚度较大，这样既减小了墩柱的配筋又降低了主梁的横向扭转变形，更适合其受力特点。

2. 2 结构分析

这里仅就曲线梁和固结墩进行结构分析。 2. 2. 1 上部结构分析

曲线梁桥的受力特性与其各方面的特征有关，如曲率半径R、跨径L、截面形式、宽跨比B/L、抗弯刚度、抗扭刚度及支承方式等。目前，针对不同的弯桥结构归纳起来有3 种计算理论：解析法、半解析法和数值法。有限单元法是目前最实用的数值法之一。 该桥计算采用桥梁通用软件《桥梁博士V 3.0 版》的曲线模块，计算图式如图2 所示。上部结构按曲线桥进行计算，按承载力极限状态和正常使用极限状态计算内力、位移、应力。计算荷载考虑了恒载、活载、预应力、混凝土收缩徐变、支座强迫位移、地震力及温度变化等，对结构、动力静力特性进行了分析。施工阶段计算共分4 个阶段，用贝雷片支架搭设施工平台进行梁体浇筑施工。

根据主体结构立面进行整体计算，全桥纵向共分105 个单元，106 个节点。

持久状况承载能力极限状态计算抗弯强度验算如图3 所示。 （2）持久状况正常使用极限状态计算按A 类预应力构件进行正截面抗裂验算。

（3）弯梁桥支座反力验算

鉴于曲线梁桥的受力特点，为了避免弯梁桥在桥梁使用过程中出现支座脱空，该桥结构分析须着重验算桥梁的支座反力。 由于该联桥跨受多种因素制约，无法作大的调整，所以在结构分析中，主要是根据弯梁内的扭矩情况调整支承方式及布置，控制扭矩峰值，使弯梁截面和支座受力均匀。 2. 2. 2 固结墩结构分析

由于该桥采用墩梁固结，为了防止固定墩拉裂，曲线桥固结墩需要进行横向裂缝及抗扭承载力验算。 （1）裂缝验算

验算截面为墩底截面，横桥向截面内力为：弯矩M=4 700 kN·m，轴力N=5 650 kN，剪力P= kN。

经计算得出：长期荷载裂缝宽度为0.034 mm <0.15 mm。满足规范要求。

（2）抗扭承载力验算

固结墩扭矩组合设计值Td =1 530 kN·m，剪力组合设计值Vd= 814 kN，桥墩截面受扭塑性抵抗矩Wt =2.5 m3，固结墩为矩形受弯、剪、扭构件，其截面符合下列要求： 结束语

总而言之，弯梁桥由于其结构受力的特殊性，较同等跨径的直梁桥要复杂得多，因此在进行弯桥设计和计算时应引起足够的重视。在进行弯梁结构设计时，对每一主要尺寸的拟定，都要考虑结构受力的要求和布置钢筋的构造要求；并采取适当的计算方法，对结构进行纵横向计算分析，以保证设计的安全性。 参考文献：

[1] 赵国强.浅谈曲线桥梁设计[J].四川建筑， 2010， （06） [2] 韦宇.曲线箱梁桥设计研究[J].中国水运（理论版）， 2006， （12）