预应力混凝土曲线梁桥设计问题探讨

郭庆超

【摘要】预应力混凝土曲线梁桥作为现代交通运输体系的重要构成部分，起到在有限空间实现道路转向功能的作用，是一种常见的桥梁结构形式。但预应力混凝土曲线桥梁，却时常出现各类设计问题，如桥跨结构向外翻转、固结墩产生环向裂缝等，存在严重的安全隐患。因此，本文对预应力混凝土曲线梁桥常见设计问题进行归纳分析，并阐述设计要点，仅供参考。

【关键词】预应力混凝土;曲线梁桥;设计问题

1、预应力混凝土曲线桥梁概述

1.1曲线桥梁发展

由于各地区地理环境存在明显差异，为适应不同类型的地质地貌、满足道路桥梁使用要求，往往选择采取预应力混凝土曲线梁桥作为城市立交桥，解除空间因素对市政道路转向等使用功能的限制，以缓解城市交通压力。但是，随着公路等级的提高，对预应力混凝土曲线梁桥结构质量提出了更高的要求，传统桥梁设计体系下存在诸多问题有待解决，这也是我国公路桥梁事业当前的主要研究课题。

1.2结构受力特点

与直线桥等桥梁类型相比，预应力混凝土曲线桥梁具有以下结构受力特点：在曲线桥梁截面部位出现竖向弯曲现象时，将同时出现扭转现象，最终使得梁体产生挠曲变形现象;预应力混凝土曲线桥梁支点反力具有内侧小、外侧大的特征。在满足特定条件前提下，有可能产生内侧负反力现象;在持续受到对称荷载作用力影响时，桥梁将产生扭转现象;受到预应力效应的影响干扰，将对预应力混凝土曲线桥梁的支反力分配情况造成影响，设计人员应重点考虑这一问题。

2、预应力混凝土曲线桥梁常见设计问题及要点

2.1基本尺寸拟定

现阶段，在预应力混凝土曲线桥梁结构尺寸设计环节，由于相关设计规范不完善，设计人员往往选择对直线梁桥设计规范进行参考。同时，受到人为主观因素影响，偶尔出现设计人员完全遵循“弯桥直做”理念的问题，导致所拟定曲线桥梁的基本尺寸不合理，与工程建设要求不符。

因此，需要结合工程实际情况，积极借鉴同类工程设计方案，合理拟定曲线桥梁的结构基本尺寸，具体要点包括：在设定桥梁顶板与底板厚度时，为满足后续钢束布置要求，可选择将跨中底板厚度设定在20cm左右、将顶板厚度设定在25cm左右，确保桥梁墩身顶/底板厚度比超过跨中;应在腹板、顶/底板间隔区域中安装梗腋，将底板区域梗腋比例控制在1：1，将顶板区域的梗腋比例控制在3：1。如此，所安装梗腋可以起到控制畸变应力、增强剪力流过渡效果、上调桥梁截面抗扭刚度与顶板支点刚度等作用;预应力钢束实际数量作为主要依据，合理设定腹板厚度值。现阶段，在多数预应力混凝土曲线桥梁工程中，普遍将跨中腹板厚度值设定在45cm左右，并增加对桥梁支点区域腹板厚度;在拟定翼缘板宽度与厚度值时。如若翼缘板宽度较大，有可能出现剪力滞后现象。而在翼缘板宽度值过小时，将对截面结构性能造成影响。因此，对翼缘板宽度的取值，设计人员以梁宽值为依据，将翼缘板宽度设定为梁宽的25%-35%以内。同时，增加翼缘板厚度，将根部厚度值设定在30cm及以上。

2.2支座布置

从设计角度来看，支座布置合理与否，将直接对预应力混凝土曲线桥梁的扭距纵向分布情况、扭矩值、墩柱受力情况造成影响干扰。同时，支座设置也是控制曲线桥梁扭转变形问题的关键设计措施。但目前来看，在部分预应力混凝土曲线梁桥设计方案中，普遍存在支座设置不当、所选支承方式不合理的设计问题。

因此，设计人员应结合工程情况，综合分析桥梁平面曲率、墩柱截面及高度、跨径值等各项因素，在其基础上采取适当的曲线梁桥支承方式。例如，针对多跨曲线桥梁，设计人员可选择在桥梁中跨区域中安装铰支座，在两端处设置抗扭支座。在梁内中间区域安装单点铰支座，起到控制梁内扭矩分布情况的作用。同时在桥梁中间跨与两端安装若干数量的抗扭支座，其余位置则设置中心铰支座。此外，设计人员也可选择在桥梁中间区域设置偏心铰，这将起到强化桥梁结构受力性能、调整扭矩分布情况的作用。但是，所调整桥梁扭矩无法被消除。

针对单跨曲线桥梁，可选择在两端区域设置抗扭支承，这将起到单独调整桥梁支反力分布状态的作用。在桥梁一端支承出现斜向变化现象时，则该支点截面负弯矩会随之增加。同时，设计人员应将支座偏心距控制在2m以内，避免对曲线桥梁的活载扭矩、预加应力造成干扰影响。此外，设计人员需要合理设置曲线桥梁的支承偏移值，根据空间结构准确计算。同时，将梁支反力合力以及恒载中心线二者保持一致，并在梁体、防震挡块间隔区域中增设弹性支座，避免曲线桥梁在后续施工、使用期间出现侧向位移现象。

2.3预应力钢束布置

在预应力混凝土曲线桥梁中，所布置预应力钢束可以同时起到抵消弯矩、抵消外荷载扭矩的作用。但是，在预应力钢束布置错误时，将会对曲线桥梁结构造成破坏影响，无法起到抵消外扭矩等作用。常见预应力钢束布置方式包括，在曲线桥梁内外侧腹板中安装相应线形结构的预应力筋、在顶板与底板中沿弯曲反向方设置预应力筋、保持桥梁腹板区域预应力筋的对称状态。当前，国际上通用的曲线桥梁预应力钢束布置方式为，将钢索分为抗扭、抗弯两种，将整体桥梁结构视作为一根梁，采取与直线桥相同方式来布置抗弯钢束，在桥梁顶板、底板上沿弯曲方向反向布置抗扭钢束。

2.4荷载计算不准

在部分预应力混凝土曲线桥梁工程中，由于设计人员工作经验不足，或是已知工程信息不全面，所计算曲线桥梁设计荷载结果准确性不足，或是荷載作用考虑不周。这一问题的存在，导致曲线桥梁工程在后期施工、通车使用期间，桥梁结构承受过大荷载而出现结构开裂、滑塌等工程事故。因此，在荷载计算环节，设计人员必须将各类荷载进行明确分类，如预应力荷载、温度荷载、活荷载、恒荷载等等。同时，综合考虑桥梁结构自重、温度作用、离心力、二期荷载等等，并在设计荷载中预留一定空间，预防各类突发问题的出现。

结语：

与其他类型桥梁相比，曲线桥梁设计模式、要点存在明显差异。因此，设计人员需要围绕预应力混凝土曲线梁桥常见设计问题而开展设计工作，如考虑荷载横向分布设计问题，结合工程情况合理设定基本尺寸，选择适当支座布置方式，准确计算荷载值等，保证桥梁达到理想的使用效果。

参考文献：

[1]陈潮雨，肖鹏.公路预应力混凝土曲线梁桥设计问题探讨[J].黑龙江交通科技，2019，42（08）.

[2]姜长宇，张元文，邢世玲.预应力混凝土曲线梁桥设计探讨[J].工程建设与设计，2011（08）.