浅谈小半径曲线箱梁桥设计要点

日期： 2017-04-26

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摘要：在小半径曲线箱梁桥的设计中，经常会遇到这样那样的设计问题，这些问题我们都容易忽视，但是他在设计中又不可缺少。本文通过工程实例，介绍了在小半径曲线箱梁设计中，需要注意的三个要点，以及如何进行设计和复核。
中国论文网 http://www.xzbu.com/8/view-3952451.htm
　　关键词：小半径曲线箱梁　跨间横隔板　钢束防崩最小保护层
　　随着城市的飞速发展，初期的交通形势已经不能缓解日益严重的交通压力，在这样的状况下，高架桥、立交桥等交通型式孕育而生。立交桥的型式多种多样，而匝道设计也是立交设计中的重要一环。匝道桥基本上均位于曲线上，由于地形限制，城市桥梁美观需要等等原因，匝道的曲线半径很小，墩柱多采用独柱墩。这就不可避免给设计带来一定的难度，本文就工程实例，就小半径曲线箱梁设计需要注意的要点加以讨论。
　　一．工程概况
　　渤海大道（一期）大魏家立交工程，设计荷载为公路—Ⅰ级，温度荷载为+30℃、-20℃，环境为Ⅲ类环境，设计时速主线100km/h，匝道40km/h，桥面铺装0.17m。
　　G、H匝道上部结构为20m+20m+20m三跨一联普通钢筋混凝土箱梁，曲线半径为65m。主梁为单箱单室结构，具体截面尺寸见箱梁横断面图a。
　　F匝道由于上跨主路，故此净空有一定要求，桥梁上部结构采用32m+36m+32m三跨一联预应力混凝土箱梁，曲线半径为185m。主梁结构为单箱双室，具体截面尺寸见箱梁断面图b。
　　二．设计中需要注意的要点与计算方法
　　1.在刚刚接触和对规范不熟悉的设计人员中，很容易忽略一个常见但是必须要注意的设计要点。在内半径小于240m的弯箱梁设计中，箱梁应在跨径之间设置跨间横隔板。设置跨间横隔板，可以增大横向刚度，提高箱梁的抗扭惯性矩。
　　对于钢筋混凝土箱梁而言，需要设置的跨间横隔梁的间距不应大于10m，对于本工程而言，G、H匝道为20m等跨径箱梁，故此设计人员在跨中设置了一道0.5m的跨中横隔板。
　　而针对预应力混凝土箱梁则需要经过结构分析确定，对于F匝道箱梁，通过Midas，对箱梁进行抗扭验算，得出结论只需在跨中设置一道0.5m横隔梁即可。
　　2.在曲线箱梁设计中，需要注意重中之重的要点是防止支座脱空。半径越小的箱梁桥，发生支座脱空的可能性越大。
　　G、H匝道设计半径为65m，由于采用独墩设计故此，支座间距为2.3m。若按对称布置支座，即支座距梁中心线1.15m。通过Midas进行梁格法计算，得到由恒载（包含收缩徐变）、汽车活载（系数1.4）、温度荷载（系数1.0）、支座沉降（系数0.5）所引起的边支点支座反力见表一：
　　由表一中的内力组合可以看出，在不设置预偏心的情况下，边支点内侧支座与外侧支座承受的荷载差值较大，若半径继续变小就会导致内侧支座脱空。为了统一支座规格，使支座及支座处箱梁受力均匀，同时也为防止意外事故导致支座脱空，故此本匝道桥再设计中，边支点设置了向曲线外侧0.25m的预偏心，所得支座反力见表二：
　　有表二中的内力组合可以看出，适当的设置支座预偏心，可以很好地防止支座脱空，并使结构受力更趋于合理化。
　　3.在小半径曲线箱梁桥的设计中，除应考虑上述因素外，还应考虑预应力混凝土钢束侧向崩出问题。F匝道设计半径为185m，钢束型号17根Φs15.2面积0.00238㎡。波纹管外边缘到7.35cm，控制张拉应力1302Mpa，混凝土型号C50，当混凝土强度达到设计强度100%时开始张拉。
　　利用微积分原理推论得出的结论，与孙广华老师在《曲线梁桥计算》一书中给出计算局部钢束段冲切力公式是相一致的。
　　计算冲切力：q=K1K2F/R=67KN（跨中附近）
　　本桥没有设置抗冲切钢筋，由公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG　D62-2004）5.6.1式计算的抗冲切强度：
　　抗冲切强度：（0.7βhftd+0.15σpc，m）Umh0=210KN（跨中附近）
　　由计算结果可以看出，本桥抗冲切强度满足要求。若计算不满足抗冲切强度要求时，需要设置抗冲切钢筋。再根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG　D62-2004）式5.6.2-1、5.6.2-2、5.6.2-3进行复核计算。
　　由公式5.6.2-1、5.6.2-2、5.6.2-3即使设置了抗冲切钢筋，但是预应力保护层厚度不能满足时，也同样存在安全隐患，所以在小半径预应力混凝土箱梁设计过程中，除需要满足抗冲切强度要求外，还需要进行预应力混凝土最小保护层厚度的计算。
　　由计算可以看出，本桥需设置的最小保护层厚度，只需要满足各类环境下直线管道的最小保护层厚度即可。
　　三．结束语
　　通过上述工程实例的计算过程，可以得出，在小半径曲线箱梁桥的设计过程中，要时刻注意跨中横隔板的设置，同时验算支座是否存在脱空现象，一旦两个支座反力相差较大时，应设置一定得预偏心，是结构受力更加趋于合理化。而在预应力箱梁桥中，还应防止混凝土钢束侧向崩出破坏，及验算预应力管道的最小保护层厚度。只有我们在设计过程中考虑的更加全面，才能使我们设计的桥梁更加的安全适用。
　　参考文献
　　[1]中华人民共和国行业标准.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG　D62-2004）北京：人民交通出版社，2004
　　[2]孙广华.曲线桥梁计算.　北京：人民交通出版社，1997
　　[3]段艳菊，黄庆.预应力曲线梁桥钢束侧向崩出问题的探讨.城市建设理论研究，2011.9：54-55
　　[4]饶波.采用小半径曲线梁的立交匝道桥设计.中国市政工程，2011.6（3）：18-19

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