正交弯梁桥的设计与施工分析

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正交弯梁桥的设计与施工分析 耿 小 平 【江苏省交通科学研究院　南京　210017】 摘　要：在公路工程的设计与施工中，部分桥梁在路线线型的影响下处于曲线段，给桥梁的设计和施工增加了相当大的难度。本文就正交弯梁桥“弯梁直做”的条件、设计计算方法和施工特点进行了较详细的分析。关键词：正交弯梁桥　设计　施工 　　随着我国公路建设等级的不断提高，公路工程对路线平纵面线型的要求越来越高。不少桥梁在路线线型的影响下处于曲线段（一般为圆曲线和缓和曲线），这给桥梁的设计和施工均增添了相当大的难度。本文试就正交弯梁桥的“弯梁直做”设计计算方法及施工特点进行分析。 1　“弯梁直做”的条件　　在进行曲线梁桥计算时，应充分考虑桥梁宽度的因素。在车辆荷载的偏载作用下，宽曲梁桥的扭转作用明显加剧。加拿大安大略省公路桥梁设计规范（简称OHBDC）是采用L2/bR<1.0作为是否可以将曲梁桥按直线梁桥计算的判别条件，其中，L为桥梁轴线长度，R为曲梁桥的曲率半径，b为桥梁的半宽。例如：某一级公路上的连续弯梁桥的L为40m，b为7.5m，则R应大于213m，即只有当曲率半径超过213m时，此弯梁桥才可按照“弯桥直做”的方法来进行设计计算。根据《公路工程技术规范》的线型要求，掌握“弯梁直做”这样一种设计计算方法具有相当广泛的实用意义。 2.设计计算分析 2.1设计参数的选定　　根据路线线型的要求，确定梁桥的平曲线形状，选定平曲线要素，再根据桥梁的使用要求和《公路工程技术规范》，确定出弯梁桥的超高及加宽值，进而确定梁桥在直线段、圆曲线段和缓和曲线段的桥面净宽和超高形式，进行梁桥的横截面布置。 在一般情况下，直线段的横截面布置与路线行车道相同；圆曲线段的桥面宽度应计入加宽值；而缓和曲线段则需做成加宽渐变段形式（如图1）。 2.2　桥型的确定　　在曲梁桥中，应用得比较广泛的是连续梁和简支梁。受曲线线型的限制，连续弯梁桥一般选用箱梁（附加异性边梁）为最佳方案，而简支梁桥，则以选用空心板梁（附加异性边板）为最佳方案。 2.3　平面线型的布置　　弯梁桥的平曲线线型可以通过改变翼板宽度或既改变翼板宽度又改变底板宽度等两种方法来进行调节。　　(1)改变翼板宽度调节线型。 因圆曲线段虽在内侧经过等值加宽，但仍是等宽桥，故在此段以这种处理方法调节线型效果较好（如图2）。　　(2)既改变翼板宽度又改变底板宽度调节线型。 多项公路工程的设计和施工实践表明，对于缓和曲线段即加宽渐变段采用此方法效果较好。经这种方法处理后，在弯梁桥内外侧需使用异性边板（如图3）。 图1　桥面宽度变化示意图 　　其中：1＃是外侧板；2＃～10＃是中板；11＃是内侧板　　　　　　其中：1＃是外侧板；2＃～9＃是中板；10＃是内侧板? 〖HT6H〗　　　　　　　　　图2　圆曲线平面布置图 图3　加宽渐变段平面布置图 2.4　设计计算分析　　对于“弯梁直做”的梁桥，其设计计算方法基本与直线梁桥相同。但是，由于弯梁桥在横截面方向上的各块非等截面空心板（以简支弯梁桥为例）具有不等的截面刚度，故在进行活载内力计算时，荷载横向分布系数不可以直接查阅铰接板法的图表，而应从基本原理出发来分析不等刚度板梁的受力情况，确定其荷载横向分布系数。下面试就区别于直线梁桥的一些特点加以分析。 2.4.1　计算梁长L 　　因为每片梁内外侧的长度不一致，所以建议在设计时采用平均梁长作为每片梁的计算梁长。 2.4.2　计算每片梁的抗弯惯矩I和抗扭惯矩I?T 　　对于内外侧的两边梁，因其截面刚度沿桥的轴线方向在变化，故建议参考李国豪、石洞主编的《公路桥梁荷载横向分布计算》一书，以内外两边梁的换算刚度I*、I*T 代替其I和IT 。 　　设　　　　得出　　?　式中：Ic,ITc—跨中截面的抗弯惯矩及抗扭惯矩；　　I0,IT0—支点截面的抗弯惯矩及抗地惯矩。 2.4.3　计算荷载横向分布影响线??ki ?　根据材料力学和计算公式，可以得出每块板梁的跨中挠度 Wi=I4i/(??4EIi ); 跨中扭角 ??i=biI2i/(2??2GITi)。　　下面根据力法基本原理进行分析（见图4）。 图4　铰接板法基本结构图式 　　由图4基本结构，可得出力法正则方程式：? 　　其常系数为：??1i=2(Wi+（bi/2）??i)　(i=1,2………，n-1) 　　其余常系数均为零。　　其荷载系数为：　　当p=1作用在第一号板时　　??1p=-W1??2p=…=??(n-1)p=0 　　当p=1作用在第n号板时　　??(n-1)p=-Wn,??1p=??2p=…=??(n-1)=0 　　当p=1作用在第i（i≠1且i≠n）号板时　　??1p=-Wi,??(I-1)p=Wi，??1p=??2p =…=??(i-1)p=0 ，??(i+1)p =…=??(n-1)p=0 　　将以上系数代入力法正则方程，即可利用高斯方程程序，上机分别求出当p=1作用于第1，2.，