[曲线粱桥的平面位移设计方法探讨] bp曲线高鸿业书上没有
时间：2019-02-03 05:38:00 来源：千叶帆 本文已影响人
摘要：曲线粱桥在使用过程中，由于预加力、温度效应、车辆行驶或一些其他外力影响的作用，会产生侧向的变位。由于曲线粱桥的结构特点、支承形式等原因，当外力等影响因素消失后，发生的变位并不能够完全恢复，会产生部分不可恢复的残余位移。本文基于此，对曲线粱桥的平面位移设计方法进行了初步的探讨。
关键词：曲线粱桥；平面位移；设计
1 曲线粱桥设计的要点概述
1.1所有中墩支座。尽可能横桥向位移固定。可采用盆式或普通板式橡胶支座
1.2当桥长较大(如大于100m)，粱端支座应能顺桥向自由滑动、横桥向位移固定，可采用盆式橡胶支座，或附加了横桥向位移固定装置的四氟板橡胶支座；此外，粱端间隙和伸缩缝构造，应保证在最大升温条件下，粱能够不受阻碍地自由伸缩变形；当桥长较小时，粱端支座可以采用普通板式橡胶支座。“粱端设普通板式橡胶支座、所有中墩设横桥向自由滑动的盆式支座”，对曲线粱桥是危险的，应绝对避免。
1.3当曲线粱桥比较宽、各墩也较宽时，应注意温度变化时由于曲线粱水平弯曲变形在墩顶产生的横桥向水平作用力可能会比较大，尤其是当所有中墩支座均为横桥向位移固定时。
2 平面位移设计分析
本文以平面曲线形、横截面左右不对称的箱型粱桥为对象。把横截面假想地划分成若干工字形，每个工字形主粱用具有同样抗弯、抗剪、抗扭刚度的细粱模拟，细粱的平面位置与工字形主粱形心位置一致；悬臂板和顶、底板用具有同样横向抗弯、抗剪、抗扭刚度的扇形单向厚板模拟。用等作用量半波正弦荷载依次作用在各节线上，可算出每个主粱的挠度和扭转角，进而可算出每个主粱的弯矩、剪力。各主粱弯矩除以总弯矩，得弯矩的横向分配影响线。剪力类同。若横截面上总的内扭矩等于1，它在箱型截面上产生的各个环形剪力流，每个工字形主粱分配到的是左、右环形剪力流；对于开口截面，每个工字形主粱分配到的较小的扭矩，这种左、右环形剪力流或较小的扭矩，可以作为扭矩的横向分配系数。由于温度变化产生的平面弯曲内力，可分解为各工字形主粱的轴向力。这样，各种设计荷载产生的内力，全部分解为各主粱的弯矩、剪力、左、右环形剪力流或扭矩以及轴向力。弯矩的不均匀横向分配，一定程度上反映了双力矩的效应，左、右环形剪力流一定程度上反映了截面翘曲剪力的效应。可以说，内力横向分配理论不但全面地反映了箱型粱、曲线粱的主要力学现象，而且极大地简化了它们的设计计算。
2.1支座设计
曲粱桥承受制动力的墩台上，一般只应有一个支座是制动支座；沿水平弯曲半径方向，若能够允许粱有微小位移，例如采用板式橡胶支座，或者墩身较细柔，可以使得沿水平弯曲半径方向的温度力大大减小。
对于采用径向或双向自由滑动支座，应注意以下几点：①如无特殊措施，不宜全部中墩都采用径向或双向自由滑动支座，否则，在温升和日照作用下，粱极易发生不可恢复的极大水平位移和扭转，造成事故；②若全部中墩都采用径向或双向自由滑动支座，必须在粱端可靠地限制纵向位移，例如采用纵向预应力钢筋加橡胶垫块把粱端与桥台联结起来，这样，温升和日照产生的水平位移和扭转才有可能恢复原位：⑧充分考虑粱端支座与桥台可能受到的极大水平地震力：④应有可靠的限制水平位移和防止落粱的构造措施。
2.2恒栽效应
曲线粱桥由于曲率半径的影响，粱体恒载重心线和粱体剪力中心线不重合，一般粱体重心线偏向粱体外侧。在恒载作用下，绕剪力中心线就会产生向外侧翻转的扭矩。桥宽一定时，曲率半径越小，恒载中心线偏离剪力中心越大，由此产生的扭矩也就越大，如图。
e=B2／12R:T=qe
式中：q――主粱恒载线密度(均质)；R――主粱曲率半径(圆弧线)。
连续曲线粱桥在恒载作用下，设置双支座时，内、外侧支座反力不一致，内侧反力小于外侧反力，内侧支座甚至出现拉力，对应墩柱将承受一定量横向弯矩。对于设置单向支座的墩柱，无法平衡扭矩，就向双支座墩处累积，导致在粱端发生平面位移。
2.3温度和混凝土收缩的影响
温度变化和混凝土收缩引起在平面内的位移属于弧段膨胀或收缩性质的位移，涉及到弧段半径变化但圆心角不变，即ro→r，而ψ0=ψ，此种情况下：r=ro(1-e)，ε=a・△t+ε，δ=2(r0－r)sinψ0／2式中，εa――混凝土的收缩应变；因此温度变化和混凝土收缩时，曲线粱桥会发生两个方向的位移分量：(1)沿桥轴线方向的纵向分量：(2)沿桥轴线垂直方向的分量。
2.4徐变影响
混凝土徐变与预应力引起的位移只涉及到力作用方向(切向)的位移，即r0=r，而ψ0→ψ。由此得知：ψ=ψo(1－ε)，ε=ε(p)，δ3=r0(ψ0－ψ)式中：ε(p)――预应力和混凝土徐变引起的应变。
混凝土徐变引起的位移是沿着结构切线方向的，与桥粱支座与伸缩缝的设置是不矛盾的。
2.5预应力影响
曲线粱桥的预应力钢束不仅有平面弯曲同时还有沿粱高度方向的竖向弯曲，这样预应力钢束径向力的作用点总是沿粱高度方向在变化。当其作用点位于主粱截面剪切中心以上或以下时，钢束径向力就会对主粱产生扭转作用。
粱桥的主粱都是以受弯为主的构件，所以预应力钢柬应首先满足纵向弯矩的受力要求。对于连续粱，正弯矩区段的长度远大于负弯矩区段的长度，所以相应的预应力铜束重心位于主粱底部的长度远大于位于主粱顶部的长度。这使得预应力径向力产生的当MT下大于MT上，所以预应力产生的总扭矩是向曲线外侧翻转的，相应地弯箱粱内侧支座将会产生拉反力，外侧支座成压反力状态。这对曲线粱桥的平面变位不利的，在与其它荷载共同作用时，将加速桥粱的横向变位。
2.6车辆荷栽
曲线粱桥在汽车活载的离心力和制动力长期反复作用下会产生主粱向曲线外侧及汽车制动力方向的水平变位，当主粱设置纵坡时，主粱易产生向下的滑动，这种滑动与汽车制动力一致时就更加剧了主粱的水平错位。车辆荷载是影响曲线粱桥平面变位的又一主要因素。
2.7地震等其他外力
地震力灯其他外力虽然是短暂作用，可一旦发生，就会给桥粱带来重大损害。由于曲线粱桥的平面不规则性引起的弯扭耦合效应，导致了地震响应分析的复杂性。因此在设计时应认真考虑其构造措施，将震害带来的损失降至最小。
3 设计优化
3.1合理选择支座形式
曲线粱桥由于弯扭耦合作用，使结构受力很复杂，然而不同支承方式对其上、下部结构内力影响却非常大。
曲线粱桥的中墩支承处可采用多种形式，应根据其平面曲率、跨径、墩柱截面、墩柱高度及预应力钢柬作用力的不同来合理地选用支承方式。经常采用的支承方式有：
a)墩顶采用方板或圆板橡胶支座，这种方式适用于中墩支反力10000KN以下曲线粱桥粱，板式橡胶支座能够提供一定的抗扭能力，对粱有较弱的扭转约束，水平方向容许有剪切变形。 b)对于中墩支反力接近或超过10000KN的曲线粱桥可采用盆式橡胶支座。
c)采用双柱中墩或在选用矩形宽柱上设置双点支承。这种支承方式对主粱可提供较大的扭转约束。
d)采用独柱墩顶与粱固结的方式，墩柱可承担一部分主粱扭矩，对主粱的扭转变形有一定约束。
3.2设置支座预偏心
(1)中间支座为点铰式曲线粱桥，若使中间支座向弯外侧偏离，中间支座竖向反力对曲线粱桥剪切中心的偏心力矩将使曲线粱桥产生分布的内扭矩(边跨内扭矩最大)，且符号与无偏心时扭矩相反，中间支座无偏心时外荷载产生的扭矩与中间支座偏心力矩产生的扭矩叠加，使粱端截面的扭矩绝对值减小，如图。但同时，其它截面的扭矩绝对值可能会有所增加。适当的选取支座偏心值，可使最大正扭矩与最大负扭矩的绝对值接近相等。
3，3主粱构造处理
1)对宽桥设置中间纵向断缝。
为了使容许活动端的平面变形能沿着切线方向位移，便于安装桥头伸缩缝，通过在桥墩上设置横向限位装置迫使曲线箱粱桥的纵向变形沿着桥轴向变化，当桥面很宽时，由于桥面板在平面内的弯曲刚度很大，因而在限制径向位移装置中的强制力有可能较大，会使桥墩的设计带来很大困难。为此，可将宽桥分割成两个“半桥”，即在中间分割带处设置纵向断缝，以使横桥向的少量变形可由这条纵向断缝来适应，但此条纵向断缝的构造应进行专门设计。
2)增设中横粱来改善曲线箱粱桥变形。
横隔板可以改普荷载横向分布，分配大的局部作用力和反力，有时也起着局部约束截面扭曲的作用，而且通过计算表明它可以阻止横截面形状的变形。设置一定数量的中横隔板可以改善曲线箱粱桥的粱体位移。
3)放松一部分墩台的径向约束，使用横向限位装置阻止其在平面内发生转动。
放松一部分墩台的径向约束，会使支座受到的水平温度力减小，若将墩台的径向约束全都放松，则不会产生水平温度力，这样就减小了对支座的不利影响，但同时为了限制粱体的径向位移，要采用横向限位装置阻止粱体发生径向位移和在平面内发生旋转。
4)条件允许的话，将环道设计成连续的闭合圆环，以达到减小桥墩所承受的竖向力和水平力的目的，同时可使环道几乎不产生水平弯曲变形。
4 结语
曲线连续粱的平面位移是一个很复杂的过程，要限制其变形首先要在设计中考虑各种荷载的影响，选择合适的计算理论和准确的力学模型，从理论计算和构造处理上优化设计，以使曲线连续粱处于合理的受力状态，确保其在正常使用过程和地震等偶然荷载作用下不发生严重的破坏。
