２０１４年第４期 广东公路勘察设计 总第１５６期 小半径曲线悬浇箱梁受力特性研究 万 欢 （广东省公路勘察规划设计院股份有限公司，广州５１０５０７） 摘要：小半径曲线箱梁在立交跨主线匝道桥中较为常用，其跨径往往都超过５０ｍ，半径１００ｍ至２５０ｍ之间。 小半径曲线悬浇箱梁相对于常规的支架现浇曲线连续箱梁，其受力特性受其施工方法的影响有着较大不同。本 文以国道主干线广州绕城公路南环段东涌互通立交Ｃ匝道５０ｍ主跨曲线半径１５０ｍ的悬浇箱梁为例，通过计算 分析，对其受力特性进行了研究，并有针对其受力特性提出了优化方案。 关键词：小半径；曲线；悬浇箱梁；受力特性 Ｏ前言 随着经济的持续高速发展，我国高速公路桥 梁建设规模越来越大，设计遇到的大型立交也日 益增多，而立交中的曲线桥梁设计一直是桥梁设 计的一个难点，而实际也出现过部分曲线桥梁由 塞盛蕉型煎重 １０３０ ｏ０． ２７ｏ ．１００ 于设计、施工不合理而发生整体倾覆、支座滑移、 墩柱开裂等病害，以至于现在很多设计单位为了 避免风险遇到小半径曲线桥梁时都只采用小跨径 的普通钢筋混凝土连续箱梁，而小跨径连续箱梁 缺点也很明显，最主要的缺点就是跨越能力有限， 而立交中跨主线的小半径匝道桥在中分带不允许 立墩的情况下跨径一般都超过５０ｍ。这种情况下， 采用悬浇箱梁跨越即经济又简单，景观性也较好。 １８０ 支点梁高２．７ｍ，跨中梁高１．６５，二次抛物线 变化。 上部结构轴测图： １研究对象 小半径曲线悬浇箱梁，除了具备一般悬浇箱 梁的主要受力特点之外，还受平曲线半径影响呈 现出曲线桥梁的特性，并且由于悬浇过程中发生 过体系转变，其曲线效应也有着截然不同的表 现。 全桥空间计算模型及钢束布置： １．１研究对象 国道主干线广州绕城公路南环段（Ｓ０１合同 段）东涌互通立交Ｃ匝道桥跨越广珠东线高速庆 沙高架桥的Ｃ３０ ～Ｃ３３ 联，１０．５ｍ桥宽，跨径组合 为（３５＋５０＋３５）ｍ，悬浇连续刚构箱梁，其平曲线 半径Ｒ＝１５０ｍ。 跨中及支点横断面如下： ．模型完全按桥梁实际曲线半径（Ｒ＝１５０ｍ）建 立，钢束均按实际位置定义。下文重点研究曲线 １４・ ２０１４年第４期 万欢：小半径曲线悬浇箱梁受力特性研究 总第１５６期 效应对结构受力的影响及其对策。 ２ 曲线主梁扭转引起的基础偏心弯曲 悬浇箱梁在最长悬臂状态和合龙后结构体系 发生了变化，使合龙前后结构曲线受力发生了颠 覆性变化。其中最直观的就是荷载作用下主墩侧 向弯矩（即主梁扭矩）的变化。 最大悬臂状态下主墩侧向弯矩（曲线外侧受 拉）： 成桥状态下主墩侧向弯矩（曲线外侧受拉）： 根据分析结果可知，在Ｔ构施工过程中，由曲 线引起的结构扭转均是使得桥墩向曲线内侧弯 曲，但合龙结构体系发生变化，结构就恢复了与一 般的支架现浇曲线箱梁一致的特性，即二期恒载 及后期活载作用下，主墩弯矩方向为向曲线外侧 弯曲。这就解释了为何桥墩侧向弯矩从最大悬臂 状态的６８１１ｋＮ—ｍ下降到３０８１ｋＮ—ｍ，需要特别 注意的是，成桥后桥墩弯矩方向仍然是向曲线内 侧弯曲。 成桥状态的桥墩侧弯必然导致基础处于偏心 受力状态： Ａ、桥墩侧向偏心弯矩，但由于桥墩一般采用 板式墩，侧向宽度较大，抗偏压能力强，且设置侧 向偏心对桥梁景观有一定影响，因此建议仅通过 加强桥墩横桥向配筋解决即可； Ｂ、桩基反力不均匀，在最大悬臂及成桥状态 下，结构扭转引起的内外侧桩基反力差分别为 １ ３３６ｋＮ・ｍ和６０３ｋＮ・ｍ，因此有必要通过构造 措施对其进行改善，理论上可行的方法有：第一， 内外采用不同桩径的桩基，但该方法可操作性不 强，不推荐采用；第二，设置基础横向偏心，偏心方 向为曲线内侧： 基础偏心设置示意： 桥嵌中心线＼ 耻泰 Ｆ■ ｚｏｃｍ １００． ２９０ ２９０ ．１５０ 一一 ／ ＼ Ｉ ｆ ， Ｏ 、 ｆ Ｉ，—／ 』 ， ＼ ／ ／ ／ 一５ｌ ｝０ 通过设置偏向曲线内侧的２５ｅｒａ偏心，使得内 外侧桩顶反力基本一致。 基础偏心２５ｅｍ后下部反力包络图： 基础偏心２５ｅｒａ后下部标准值组合反力： 类别 标准值组合反力／ｋＮ 最大 最小 由上文所列计算结果可发现，通过设置基础 横向偏心可有效解决桩基反力不均匀性问题。 ３ 曲线主梁断面形式的选取 箱梁断面形式的选取，须综合考虑曲线梁受 力的一些特点，主要有： Ａ、曲线箱梁承受的扭矩较大，外悬臂宽度的 选取需要保证一定的箱室宽度，以保证主梁抗扭 能力。 Ｂ、顶、底板及腹板，除了考虑活载及温度等框 架受力之外，还应考虑其抗扭受力，特别是顶底板。 ・１ Ｓ・ ２０１４年第４期 广东公路勘察设计 总第１５６期 Ｃ、箱梁桥面横坡的形成方式有以下两种： 方式一：底面水平 方式二：顶底同坡 对于悬浇箱梁，由于扭转引起的腹板竖向剪 应力与直剪引起的竖向剪应力在曲线内侧的腹板 方向是相同，也就是说，内侧腹板在扭剪作用下其 “名义剪力”大于外侧腹板，这与支架现浇的曲线 箱梁正好相反，因此，对于小半径的曲线悬浇箱 梁，建议采用顶底同坡的箱梁断面形式，避免内侧 腹板受力大反而高度小的窘境。 ４ 曲线主梁合龙前顶推里的施加 为解决连续刚构下部在收缩徐变及温度作用 下纵向弯曲的不利影响，连续刚构在合龙前一般 都需要进行顶推，但曲线刚构桥顶推也表现出于 一般直线梁不同的特性。 ４．１顶推对下部纵向受力的改善 与直线桥一致，合龙前施加的顶推可以有效 改善曲线桥下部纵向受力。 中跨合龙前，主墩纵桥向弯矩： 中跨合龙前顶推６０ｔ，主墩纵桥向弯矩： 成桥状态（十年），主墩纵桥向弯矩： 由此可见，顶推６０ｔ后可有效改善下部结构 受力。 ・１６・ ４．２顶推对下部扭转影响 合龙前顶推对结构受力并不是百利而无一害 的，由于桥梁位于小半径曲线上，任何沿主梁中心作 用的力都会在主梁产生侧向弯矩，并在主墩内产生 扭矩，顶推力如作用于截面形心处，则可在主墩内产 生１ １４９．５ｋＮ・ｍ的扭矩。因此对曲线刚构，施加顶 推力时应注意作用点位置，本桥顶推力作用点取内 弧侧腹板处，基本可消除对下部结构的扭转影响。 ５ 主要结论 小半径曲线悬浇箱梁的受力特点受其施工方 法影响，不同于一般的支架现浇曲线箱梁，在最大 悬臂状态下与成桥之后结构所表现出来的受力特 性完全不同。除了重视对曲线悬浇箱梁主梁抗扭 设计外，还可通过以下几项措施改善其曲线受力： Ａ、建议采用顶底同坡的断面形式，使得在扭 剪共同作用下受力更不利的内侧腹板高度不受横 坡影响而减小。 Ｂ、基础设置一定的横向偏心来改善内外侧桩 基反力的不均匀性，偏心方向与一般支架的曲线箱 梁设置基础偏心的方向相反。偏心距的大小则需根 据桥宽、曲线半径、桩间距等因素结合空间计算确定。 ｃ、曲线悬浇连续刚构施加顶推力可有效改善 下部结构在收缩徐变、预应力次内力及温度等作 用下的受力，但会引起主梁侧弯和下部扭转，建议 顶推力施加的作用点选在内侧腹板处。 参考文献： ［１］ＪＴＧ Ｄ６２—２００４，公路钢筋混凝土及预应力混凝土 桥涵设计规范［Ｓ］． ［２］ＪＴＧ Ｄ６０—２００４，公路桥涵设计通用规范［Ｓ］． ［３］上海市政工程设计研究总院，桥梁设计工程师手 册［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００７． ［４］孙广华．曲线梁桥计算［Ｍ］．北京：人民交通出 版社，１９９７． ［５］范立础．桥梁工程（上、下册）［Ｍ］．北京：人民 交通出版社，１９９３． ［６］项海帆．高等桥梁结构理论［Ｍ］．北京：人民交 通出版社，２００１．
