论如何做好曲线桥梁的设计

吴德俭

摘要：伴随着我国现代化经济与科技的快速发展，私家车的数量也在逐步的增长，随之交通运输也就十分的紧张，交通的快速转换就显得尤为重要，曲线桥梁设计是实现各方向交通转换的必要手段。本篇文章主要在结构设计，结构计算等方面进行探讨，叙述了曲线桥梁设计的主要技术特点，能够为曲线桥梁设计提供设计借鉴。

关键词：意义；桥梁设计；结构计算

引言

随着国家经济的快速发展，国家公路交通、城市快速路的建设速度越来越快，曲线桥是互通、大型枢纽不可或缺的重要组成部分，在城市快速路中的地位也不可取代。而在我国桥梁设计体系和理论等等都不够完善，在现代化曲线桥梁设计的领域有许多的不足之处，还有较大的发展空间。在我国经常使用的曲线桥梁上部结构设计有现浇混箱型结构、钢箱梁结构，不仅能够承受弯矩和剪力，并且有较好的抗扭承载力。

1 现代化曲线桥梁设计的意义

目前曲线桥梁在现代化的公路及城市快速路中的数量逐年的增加，应用已经非常普遍，在曲线桥梁设计中应该从多方面进行全方位的考量，关于桥梁施工期、使用期安全性等问题，都是应该着重要考虑的地方。在曲线桥梁设计中首先是选择合理的结构方案，其次对结构的分析和连接的设计也是不容忽视的，在这分析过程中不仅要取用规定的安全系数和可靠的指标，而且要充分考虑交通的现状，选择合适的偏载系数，这样才可以保证桥梁结构的安全性。在城市建设中，现代化的曲线桥梁设计意义重大，是一个城市的标志性建设，这样一来就要不断的完善桥梁设计理念和结构体系。

2 现代化桥梁结构设计

2.1 桥梁结构设计的重要性

为了跨越河流、沟谷、下穿路等必须修建各种桥梁，因此桥梁是交通的重要组成部分。我国的桥梁建设在世界建设史上有辉煌的记载，古代的赵州桥、现代的苏通大桥等都是我国桥梁设计的典型代表。桥梁的设计必须遵循基本原则，如安全，适用，经济，美观，在当今还必须有环保观念。社会发展的今天，新兴技术日新月异的改变，在桥梁设计方面也是如此，必须与时俱进，采用新技术的同时采用新结构，新设备，新材料，认真学习国外的先进桥梁设计理念。

2.2 结构构造设计

本桥平面位于曲线上，在沿跨长的各个控制截面上，除承受弯矩和剪力外，还承受一定的扭矩，故主桥采用单箱双室预应力混凝土连续箱梁，梁高 2.0m，跨中截面，箱梁底板保持 4%的倾斜，顶板倾斜同桥面横坡，桥面横坡通过箱梁腹板高度调整而成。全桥除在支点处设横隔梁外，由于本桥处于曲线上，为增加整体横向整体性和抗扭作用，还在各跨跨中设置 1 道 30cm 厚横隔板，端横梁宽1.5m，独柱中横梁宽 2.2m，其他中横梁宽 2.0m。

2.3 预应力布置

主桥根据受力计算配有纵向预应力束，布置了腹板束、顶板短束、底板短束，分别采用 15-14Φs 15.2mm、15-15Φs 15.2mm，锚具采用 0VM15-14、0VM15-15，波纹管采用镀锌金属波纹圆管。腹板束在梁的两端对称张拉，顶底板短束在箱梁内设置齿块，两端对称张拉。张拉控制应力 σcon=0.75fpk=1395MPa。

2.4 结构计算

2.4.1 主要计算参数

体系整体升降温：±25℃；基础不均匀沉降取 0.7cm；混凝土加载龄期为 28d；平均相对湿度 80%，收缩徐变按10年考虑；竖向梯度温度：正温差 T1=14℃，T2=5.5℃，A=300mm；负温差为正温差的-0.5倍。预应力钢束管道摩阻系数 μ=0.25，局部偏差系数 k=0.0015，张拉控制应力 1395MPa。

2.4.2 计算理论及控制条件

现浇连续箱梁按一次落架模型，采用有限元程序 Dr.BridgeV3.1和 MIDASCivil2012对该桥的平面及空间进行计算分析。本桥按预应力混凝土 A 类构件设计，持久状况极限状态承载能力验算的荷载效应组合设计值进行计算（已计入桥梁重要性系数）。

2.4.3 预偏心设置

9# 墩为无抗扭刚度的点，铰支座，预设中间支座的偏心可改善桥梁的内扭矩，使最大、最小扭矩绝对值接近相等，从而减少抗扭钢筋的用量，同时也改善端部所受扭矩，使各支座受力均匀。纵梁划分为 82 个空间梁单元，采用刚臂模拟两端抗扭支座、点铰偏心支座和对应梁单元处的节点，且其刚度定义为无穷大。改变与偏心值对结构各截面受力的影响很大，随着预偏心值的变化，边跨扭矩近似发生了上下平移和微小的转动，在优化得出的e=0.05m 下，边跨内正负扭矩绝对值近似相等。

2.4.4 主梁纵向计算

纵梁划分为 82 个单元，采用刚臂模拟两端抗扭支座及点铰偏心支座和对应梁单元处的节点，且其刚度定义为无穷大，支承节点号为 84#～92#。持久状况正常使用极限状态短期效应组合下的纵梁上缘、下缘最小应力值包络，所有截面均满足规范要求，且有一定的富余。通过对结构进行计算分析，纵梁在持久状况承载能力极限状态强度与持久状况正常使用极限状态下的应力均满足规范要求。

2.4.5 预应力钢束摩阻损失

曲线梁桥的预应力钢束是具有双向曲率的空间曲线，它的摩擦应力损失计算与空间曲线的几何特性——挠率与曲率有关。对于曲线梁桥，所有预应力钢束在水平面的投影都应当是圆弧形，这种圆弧形不可能由成孔材料自然形成，只能由人工在较多的点上将其固定形成。这样得到的管道在水平面上的投影是通过所有固定点的折线形。每一个转折点都是一个局部偏差。固定点的间距越大，水平曲率半径越小，局部偏差越严重，故本桥在纵向计算时除了满足规范外，还保证一定的富余值。本桥为减少摩阻损失，一般定位钢筋网间距直线段为 80cm，曲线段为30cm，平弯、竖弯段及箱梁梁底轮廓变化段应适当加密，且与箱梁钢筋牢固焊接，以保证施工過程中钢束位置不发生移动或变形。

3 曲线桥梁与直线桥梁的区别

曲线桥梁是现代城市建设中常用的设计方案，比以往的直线桥梁具备更多的实用性能，更加的符合桥梁设计遵照的基本原则，无论从结构上，受力上，曲线桥梁的设计都比直线桥梁要更复杂，从整体上把握，曲线桥梁的支座平面位置要合理布置。

4 桥梁施工技术规范

随着我国经济的发展，桥梁建设在施工方法上有了较大的创新，已经涌现出多种新型技术，通过大量的施工实践，积累了丰富的桥梁施工技术的施工经验，这样能够有效的提高我国现代化曲线桥梁的技术与施工水平。首先桥梁施工必须做好施工前的准备工作和施工技术中的管理工作，应该严格执行规范，也必须严格遵照有关技术操作流程施工，在施工中应采用新技术，新材料，新结构等等。在施工过程中应该保证桥梁的安全性，遵守安全操作规程，加强施工人员的安全生产教育，并且应该建立健全的安全生产管理制度。

5 结束语

曲线桥梁的设计不同于直线的设计，在交通日益剧增的情况下，交通快速化转换就尤为重要，曲线桥梁的设计也就摆在了重要的地位上。现代化的曲线桥梁设计必须综合考虑功能、经济、结构、安全系数、美观等因素，对桥梁设计方案进行综合比选，才能在桥梁设计、施工中达到预期效果。曲线桥梁受力复杂，对结构的抗弯，抗扭性要高于同等跨径的直线桥梁。许多设计人员往往只满足于规范对结构强度计算上的安全度需要，而忽视从结构体系、结构构造、结构材料、结构维护、结构耐久性以及从设计、施工到使用全过程中经常出现的人为错误等方面去加强和保证结构的安全性。