摘要：作者結(jié)合自己的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，就彎橋設(shè)計(jì)中的側(cè)向限位及支座偏心等技術(shù)要點(diǎn)做了相關(guān)分析探討，對(duì)指導(dǎo)彎橋設(shè)計(jì)有積極的意義。

關(guān)鍵詞：側(cè)向限位，支座偏心，截面

一、引言

無(wú)論是在公路還是市政道路設(shè)計(jì)過(guò)程中，平面線(xiàn)形是衡量道路好壞的一個(gè)重要指標(biāo)，綜合考慮各方面的因素后，很有可能在道路的某一段需要設(shè)置彎橋。但是彎橋的結(jié)構(gòu)受力與直橋有很大區(qū)別，如若在結(jié)構(gòu)分析時(shí)沒(méi)有解決這些問(wèn)題，便會(huì)造成運(yùn)營(yíng)不久就出現(xiàn)各種病害。

二、主要技術(shù)難點(diǎn)分析

筆者從事路橋設(shè)計(jì)多年，自認(rèn)為對(duì)彎橋設(shè)計(jì)有些心得，與大家分享。

2.1、側(cè)向限位設(shè)置

彎橋在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中會(huì)向彎外側(cè)“爬移”，所以無(wú)論是在最初設(shè)計(jì)還是出現(xiàn)病害后對(duì)主梁復(fù)位，都必須考慮側(cè)向限位設(shè)施。

彎橋“爬移”問(wèn)題主要表現(xiàn)在支座的橫向支反力、豎向支反力、梁體的橫向位移和扭轉(zhuǎn)變形上，因此，設(shè)計(jì)合理的限位措施，就是要避免支座橫向支反力過(guò)大、避免支座出現(xiàn)脫空現(xiàn)象、避免彎梁與橋墩出現(xiàn)較大的橫橋向相對(duì)位移、避免彎箱梁的扭轉(zhuǎn)變形過(guò)大。

引起爬移問(wèn)題的荷載因素，諸如溫度效應(yīng)、車(chē)輛行駛作用等是由外界條件決定的，一般是人為不可以控制的;因而，側(cè)向限位措施主要是從彎橋自身的構(gòu)造著手，比如支座類(lèi)型的選擇、支座的布置方法、箱梁截面形式、下部結(jié)構(gòu)的構(gòu)造形式等等。下面分別對(duì)一些限位措施進(jìn)行介紹。

l)采用盆式橡膠支座。盆式橡膠支座是鋼構(gòu)件和橡膠相組合而成的新型橋梁支座，具有承載力大、水平位移量大、轉(zhuǎn)動(dòng)靈活等特點(diǎn)。支座按照使用性能分有三種型式，即雙向活動(dòng)支座、單向活動(dòng)支座和固定支座，這三種型式的支座進(jìn)行合理的布置后，能夠很好地滿(mǎn)足彎橋的變形特點(diǎn)，彎橋的受力、變形也比較明朗。雙向活動(dòng)支座能夠很好地放松對(duì)彎箱梁的約束，避免彎梁在平面內(nèi)出現(xiàn)額外的內(nèi)力;單向活動(dòng)支座不僅能夠給彎梁作導(dǎo)向作用，還可以約束彎梁的橫向位移;固定支座以及單向活動(dòng)支座能夠很好地使得梁體與橋墩協(xié)調(diào)變形。

2)如果彎橋的下部結(jié)構(gòu)為柔性墩，即墩身較高、平面抗推剛度較小、柔度大，而且橫橋向設(shè)置了兩根墩柱，這樣的連續(xù)彎橋可以采用較多的單向活動(dòng)支座和固定支座，甚至可以采用墩梁固結(jié)體系。使得彎梁的平面內(nèi)變形受到支座及其橋墩的約束，利用橋墩的平面抗推剛度來(lái)降低梁體的平面內(nèi)變形，同時(shí)也利用橋墩自身的柔度來(lái)適應(yīng)梁體的變形，從而達(dá)到梁體和橋墩的共同變形。利用高墩的柔性，這種協(xié)調(diào)變形是能夠很好地發(fā)揮的。

3)減小下部結(jié)構(gòu)的抗推剛度。隨著橋墩高度的減小，彎橋下部結(jié)構(gòu)的抗度剛度逐漸增大，可能會(huì)有部分支座出現(xiàn)平面支反力過(guò)大，以及墩底彎矩過(guò)大而出現(xiàn)墩底拉應(yīng)力超出混凝土的抗拉強(qiáng)度的情況。此時(shí)，可以采取減小下部結(jié)構(gòu)抗推剛度的方法，增加橋墩的柔度。具體的做法是:(1)優(yōu)化基樁的布置，在滿(mǎn)足其承載力的基礎(chǔ)上，可以將群樁改為單排樁;(2)如果采用單排樁的下部結(jié)構(gòu)柔度仍然不能滿(mǎn)足要求，可以進(jìn)一步采取取消承臺(tái)的做法。

4)設(shè)置彈性側(cè)向支承。橋臺(tái)一般設(shè)置在與路堤相連的地段，即使是柱式墩臺(tái)，由于高度非常有限，其抗推剛度是非常大的，特別是一些重力式橋臺(tái)本身就是剛性的。因此，如果在彎橋的橋臺(tái)處設(shè)置了單向活動(dòng)支座或者固定支座，橋臺(tái)處的梁體在橫向可以被視為不可動(dòng)的，梁端沒(méi)有橫向位移，相應(yīng)端部的單向活動(dòng)支座或者固定支座的平面支反力就會(huì)很大。對(duì)于該種情況，可以采取在梁端的梁體與防震擋塊之間設(shè)置側(cè)向彈性支承，即利用彈性支承來(lái)代替下部結(jié)構(gòu)(橋臺(tái))的柔度，這不僅能夠減小梁端支反力，還能夠使得順橋向各墩臺(tái)的剛度協(xié)調(diào)，從而減小彎梁的橫向位移。

側(cè)向彈性支承的構(gòu)造可以選擇矩形四氟滑板橡膠支座，這種側(cè)向支座能夠滿(mǎn)足梁體在縱向自由滑動(dòng)，其技術(shù)參數(shù)主要控制了側(cè)向彈性壓縮量和承載力。

2.2、優(yōu)化結(jié)構(gòu)受力體系

彎橋由于彎扭耦合作用，使結(jié)構(gòu)受力很復(fù)雜，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，合理的選擇設(shè)計(jì)參數(shù)，可達(dá)到優(yōu)化結(jié)構(gòu)受力的效果。一般有以下方法:

1)選擇合理的支承方式

彎橋的不同支承方式，對(duì)其上、下部結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響非常大，根據(jù)其結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)一般采用的支承方式為:

(1)在彎橋兩端的橋臺(tái)或蓋梁處采用兩點(diǎn)或多點(diǎn)支承的支座，這種支承方式可有效的提高主梁的橫向抗扭性能，保證其橫向穩(wěn)定性。

(2)在彎橋的中墩支承處可采用的支承形式很多，應(yīng)根據(jù)其平面曲率、跨徑、墩柱截面和墩柱高度及預(yù)應(yīng)力鋼束作用力的不同來(lái)合理地選用支承方式。經(jīng)常采用的支承方式有:

a)墩頂采用方板或圓板橡膠支座，這種方式適用于中墩支反力10000KN以下彎橋梁，板式橡膠支座能夠提供一定的抗扭能力，對(duì)梁有較弱的扭轉(zhuǎn)約束，水平方向容許有剪切變形。

b)對(duì)于中墩支反力接近或超過(guò)10000KN的彎橋可采用單向、多向活動(dòng)或固定的盆式支座或球形支座。這種支座可根據(jù)其受力需要固定或放開(kāi)某方向的水平約束，但是這種支座對(duì)主梁的扭轉(zhuǎn)沒(méi)有約束，這時(shí)主梁在橫向和縱向可自由扭轉(zhuǎn)。

c)采用雙柱中墩，或在選用矩形寬柱上設(shè)置雙點(diǎn)支承。這種支承方式對(duì)主梁可提供較大的扭轉(zhuǎn)約束。

d)采用獨(dú)柱墩頂與梁固結(jié)的方式，墩柱可承擔(dān)一部分主梁扭矩，對(duì)主梁的扭轉(zhuǎn)變形有一定約束。

(3)對(duì)于較寬的橋(約橋?qū)払>12m)和彎半徑較大(一般R>70m)的彎橋，由于主梁扭轉(zhuǎn)作用較小，橋體寬要求主梁增加橫向穩(wěn)定性，故在中墩宜采用具有抗扭較強(qiáng)的多柱或多支座的支承方式，亦可采用墩柱與梁固結(jié)的支承形式。

(4)對(duì)于較窄的橋(約橋?qū)払<12m)和彎半徑較小(一般R<70m)的彎橋，由于主梁扭轉(zhuǎn)作用的增加，尤其在預(yù)應(yīng)力鋼束徑向力的作用下，主梁橫向扭矩和扭轉(zhuǎn)變形很大。由于橋窄因此易采用獨(dú)柱墩，但在選用支承結(jié)構(gòu)形式時(shí)應(yīng)視墩柱高度不同而確定。在較高的中墩(一般約H>8m)可采用墩柱與梁固結(jié)的結(jié)構(gòu)支承形式。在較低的中墩(一般約H<5m)可采用具有較弱抗扭能力的單點(diǎn)支承的方式。這樣可有效降低墩柱的彎矩和減小主梁的橫向扭轉(zhuǎn)變形。但這兩種支承方式都需對(duì)橫向支座偏心進(jìn)行調(diào)整。

(5)墩柱截面的合理選用。當(dāng)采用墩柱與梁固結(jié)的支承形式時(shí)就必須注意墩柱的彎矩變化。在主梁的扭轉(zhuǎn)變形過(guò)大同時(shí)墩柱彎矩也很大(一般墩柱較矮的情況下)采用圓形截面墩柱固結(jié)是不經(jīng)濟(jì)的。首先，墩柱受力過(guò)大，配筋不易通過(guò)，僅僅加大墩柱直徑，會(huì)使墩柱剛度增加很多，在預(yù)應(yīng)力徑向力作用下墩柱徑向彎矩和在溫度荷載作用下縱向彎矩都會(huì)增加，合成后的彎矩會(huì)更大，更不利于墩柱受力。其二，圓形截面墩柱對(duì)主梁的扭轉(zhuǎn)約束相對(duì)較小，不利于減小主梁的扭轉(zhuǎn)變形。但對(duì)于上述情況的彎橋如采用扁高矩形截面墩柱時(shí)，就可有效避免以上不利情況的發(fā)生。因?yàn)楸飧呔匦谓孛嫜刂髁嚎v向抗彎剛度較小，而沿主梁橫向抗彎剛度較大，這樣既減小了墩柱的配筋又降低了主梁的橫向扭轉(zhuǎn)變形，更適合其受力特點(diǎn)，從而達(dá)到墩柱與主梁兩全其美的效果。

(6)在彎橋的中墩和橋臺(tái)處不應(yīng)全部設(shè)置為活動(dòng)支座，應(yīng)至少設(shè)置兩個(gè)中墩多向固定支座，在橋臺(tái)于主梁側(cè)面宜設(shè)置防側(cè)滑裝置。這一點(diǎn)主要是因?yàn)椴捎脹](méi)有水平位移約束的活動(dòng)支座時(shí)，彎梁在溫度及汽車(chē)活載的離心力和制動(dòng)力長(zhǎng)期反復(fù)作用下容易產(chǎn)生主梁向彎外側(cè)及汽車(chē)制動(dòng)力方向的水平錯(cuò)位。

2)調(diào)整支座偏心改善結(jié)構(gòu)受力

(1)預(yù)設(shè)支座偏心來(lái)改善彎橋內(nèi)力的原理很簡(jiǎn)單。中間支座為點(diǎn)鉸式彎橋，其最大扭矩集中在梁端附近，若使中間支座向彎外側(cè)偏離，中間支座豎向反力對(duì)彎梁剪切中心的偏心力矩將使彎梁產(chǎn)生分布的內(nèi)扭矩(邊跨內(nèi)扭矩最大)，且符號(hào)與無(wú)偏心時(shí)扭矩相反，中間支座無(wú)偏心時(shí)外荷載產(chǎn)生的扭矩與中間支座偏心力矩產(chǎn)生的扭矩疊加，使梁端截面的扭矩絕對(duì)值減小。但同時(shí)，其它截面的扭矩絕對(duì)值可能會(huì)有所增加。適當(dāng)?shù)倪x取支座偏心值，可使最大正扭矩與最大負(fù)扭矩的絕對(duì)值接近相等。通過(guò)調(diào)整支座預(yù)偏心，使彎梁內(nèi)扭矩絕對(duì)值的最大值降低，全橋扭矩分布均勻。這樣可以充分利用了混凝土截面提供的抗扭剛度，節(jié)約抗扭鋼筋的數(shù)量。同時(shí)也減小了橋臺(tái)的扭矩值，簡(jiǎn)化橋臺(tái)及及其支座的設(shè)計(jì)。因此，預(yù)設(shè)支座偏心是一種不需增加任何投資而達(dá)到改善內(nèi)力，節(jié)約材料目的的好辦法。

三、結(jié)束語(yǔ)

彎橋設(shè)計(jì)在重難點(diǎn)在于對(duì)彎橋的力學(xué)性能的正確把握。由于設(shè)計(jì)軟件更新的日新月異，很多年輕的設(shè)計(jì)人員淡化了對(duì)結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析，加之現(xiàn)代社會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)提出“重生產(chǎn)，提效率”的要求，結(jié)構(gòu)分析日益不受重視。但對(duì)于路橋設(shè)計(jì)人員，力學(xué)分析才是立足之本，也只有這樣，才能更好的與社會(huì)接軌，與生活和諧。

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