摘要：介紹了曲線(xiàn)梁橋的力學(xué)特性，結構分析及應注意的幾點(diǎn)問(wèn)題，施工特性及設計方法。

　　關(guān)鍵詞：曲線(xiàn)梁橋，結構，施工

　　近年來(lái)，隨著(zhù)公路建設事業(yè)的快速發(fā)展，涉及到曲線(xiàn)梁的橋梁設計已經(jīng)越來(lái)越多了，以往設計者希望通過(guò)調整路線(xiàn)方案，盡量避開(kāi)這種結構形式，或由于曲線(xiàn)半徑較大，采用以“直”代“曲”的形式，在橋梁上部（如翼緣、護欄等）進(jìn)行曲線(xiàn)調整，以期達到與路線(xiàn)線(xiàn)形一致。這些嚴格意義上說(shuō)都不是曲線(xiàn)橋。由于受原有地物或地形的限制，一些城市的立交橋梁和交叉工程的橋梁曲線(xiàn)半徑比較小，橋墩基本上要設在指定位置，這種情況下只能考慮設計曲線(xiàn)梁橋。

　　1、曲線(xiàn)梁橋的力學(xué)特性

　　1.1曲線(xiàn)梁的受力情況

　　曲線(xiàn)梁橋能很好地克服地形、地物的限制，可以讓設計者較自由地發(fā)揮自己的想象，通過(guò)平順、流暢的線(xiàn)條給人以美的享受。但是曲線(xiàn)梁橋的受力比較復雜。與直線(xiàn)梁相比，曲線(xiàn)梁的受力性能有如下特點(diǎn)：

　�。�1）軸向變形與平面內彎曲的耦合；

　�。�2）豎向撓曲與扭轉的耦合；

　�。�3）它們與截面畸變的耦合。其中最主要的是撓曲變形和扭轉變形的耦合。曲梁在豎向荷載和扭距作用下，都會(huì )同時(shí)產(chǎn)生彎距和扭距，并相互影響。同時(shí)彎道內外側支座反力不等，內外側反力差引起較大的扭距，使梁截面處于“彎-扭”耦合作用狀態(tài)，其截面主拉應力比相應的直梁橋大得多。故在曲線(xiàn)梁橋中，應選用抗扭剛度較大的箱型截面形式。在曲梁中，由于存在較大的扭矩，通常會(huì )出現“外梁超載，內梁卸載”的現象，這種現象在小半徑的寬橋中特別明顯。另外，由于曲梁內外側支座反力有時(shí)相差很大，當活載偏置時(shí)，內側支座甚至會(huì )出現負反力，如果支座不能承受拉力，就會(huì )出現梁體與支座發(fā)生脫離的現象，通常稱(chēng)為“支座脫空”。

　　1.2下部橋梁墩臺的受力情況

　　由于內外側支座反力不相等，使各墩柱所受垂直力出現較大差距。當扭矩很大時(shí)，如果設置了拉壓支座，有些墩柱甚至會(huì )出現拉力。曲線(xiàn)梁橋下部結構墩頂水平力，除了與直橋一樣，有制動(dòng)力、溫度力、地震力等以外，還因為彎梁曲率的存在，多了離心力和預應力張拉時(shí)產(chǎn)生的徑向力。墩頂水平力的分配非常復雜。在求溫度零點(diǎn)時(shí)，曲線(xiàn)梁橋不能象直橋一樣，只考慮一個(gè)方向力的平衡，而必須考慮兩個(gè)方向的平衡；各墩頂處支座的類(lèi)型和位置不一致，部分支座可能已處于臨界滑移狀態(tài)，其余支座還未達到臨界狀態(tài)；各支座的約束方向以及各墩柱不在同一平面內，使得水平力求解非常困難。

　　2、曲線(xiàn)梁橋的結構分析

　　2.1上部結構分析

　　2.1.1結構力學(xué)方法

　　這種方法沿用桿系系統的結構力學(xué)方法。首先將彎梁視為一根曲桿，把抗扭支座以贅余扭矩代替，然后根據變形協(xié)調條件求解未知力。這種方法較簡(jiǎn)單，比較適用于分析簡(jiǎn)支彎梁和等截面且跨內為圓弧的窄橋。

　　2.1.2梁格法

　　梁格法是目前最常用的分析彎梁橋的方法。梁格法實(shí)質(zhì)是用一個(gè)等效的梁格來(lái)代替橋梁上部結構，是一種以梁為基本單元的有限元法。這種方法概念明確，容易理解和使用，也比較容易操作，計算速度也比較快�，F有的計算曲線(xiàn)梁梁橋軟件，如同濟大學(xué)開(kāi)發(fā)的“橋梁博士”和廣州阿安畢公司開(kāi)發(fā)的“3DBSA”，都采用了梁格法。

　　2.1.3空間有限元法

　　空間有限元法是最有效的分析方法。這種方法常采用體單元和殼單元來(lái)模擬結構，能計算任意形狀的復雜結構，特別地，它能針對結構的局部作精確分析，這是上述兩種計算方法無(wú)法做到的。對于一些特殊的曲線(xiàn)梁橋，比如非徑向支承的異型橋梁等，采用空間有限元法分析是非常有必要的。此外，如果要了解曲線(xiàn)梁橋的穩定與振動(dòng)特性，也必須采用空間有限元法。常用的空間有限元軟件有MIDAS、ANSYS、SAP2000等。采用空間有限元法的缺點(diǎn)是計算工作量較大，在當前情況下，采用這種方法計算，需要付出較多的時(shí)間。

　　2.2下部結構分析

　　與直橋相比，曲線(xiàn)梁橋下部結構分析要復雜得多。在荷載方面，曲線(xiàn)梁橋除了與直橋一樣要承受各種外荷載，如自重、車(chē)輛荷載、溫度力、地震力等，還要承受離心力、曲梁內預應力索產(chǎn)生的徑向力等；在墩頂水平力的分配方面，由于曲線(xiàn)梁橋不能象直橋一樣，在求溫度零點(diǎn)時(shí)不能只考慮一個(gè)方向的平衡，而要考慮兩個(gè)方向的平衡，求出“不動(dòng)點(diǎn)（轉動(dòng)中心）”；由于上部結構的扭轉作用，各墩的軸力有很大的差異，在確定樁長(cháng)時(shí)要特別注意這種情況；此外，由于各支座約束情況不一樣，也會(huì )影響到各墩內力的分配。長(cháng)期以來(lái)，人們對曲線(xiàn)梁橋上部結構分析比較重視。就目前的情況看，有關(guān)曲線(xiàn)梁橋上部結構分析的專(zhuān)著(zhù)比較多，理論也比較成熟。與上部結構相比，針對曲線(xiàn)梁橋下部結構的研究還不夠深入。

　　3、曲線(xiàn)梁橋設計應注意的幾個(gè)問(wèn)題

　　3.1總體布置

　　在進(jìn)行橋梁總體布置時(shí)，要考慮兩個(gè)方面問(wèn)題：從結構受力方面，要注意調整梁內的扭矩分布，控制扭矩峰值，使梁截面以及支座受力較均勻；從結構變形方面，要注意控制梁端縱橫向變位及翹曲變形，使之符合規范要求。要得到這些結果，主要是靠調整跨徑搭配和處理邊界條件。

　　3.1.1跨徑的搭配

　　從已建成的橋梁看，梁端內側支座“脫空”現象比較嚴重，主要是因為內側支座反力太小甚至出現了負值。所以，我們要使內側支座處于受壓狀態(tài)，并且要有一定的壓力儲備。比較有效的辦法是控制邊跨跨徑，使邊跨跨徑與中跨比較接近。當受實(shí)際條件限制，邊跨跨徑與中跨差距較大時(shí)，也可考慮采取其他一些措施，比如調整邊跨與中跨的自重等。

　　3.1.2邊界條件

　　邊界條件影響到整個(gè)結構的受力狀態(tài)。在實(shí)際設計時(shí)，要分別采用不同的約束進(jìn)行試算，然后決定結構的邊界條件。

　　3.2曲線(xiàn)梁的結構設計

　　直梁橋受“彎、剪”作用，而曲線(xiàn)梁橋處于“彎、剪、扭”的復合受力狀態(tài)，故上、下部結構必須構成有利于抵抗“彎、剪、扭”的措施。

　　3.2.1曲線(xiàn)梁橋的彎扭剛度比對結構的受力狀態(tài)和變形狀態(tài)有著(zhù)直接的關(guān)系：彎扭剛度比越大，由曲率因素而導致的扭轉彎形越大，因此，對于曲線(xiàn)梁橋而言在滿(mǎn)足豎向變形的前提下，應盡可能減小抗彎剛度、增大抗扭剛度。所以在曲線(xiàn)橋梁中，宜選用低高度梁和抗扭慣矩較大的箱形截面。

　　3.2.2在曲線(xiàn)梁橋截面設計時(shí)，要在橋跨范圍內設置一些橫隔板，以加強橫橋向剛度并保持全橋穩定性。在截面發(fā)生較大變化的位置，要設漸變段過(guò)渡，減小應力集中效應。

　　3.2.3在進(jìn)行配筋設計時(shí)要充分考慮扭矩效應，彎梁應在腹板側面布置較多受力鋼筋，其截面上下緣鋼筋也比同等跨徑的直橋多，且應配置較多的抗扭箍筋。

　　3.2.4城市立交橋中的彎箱梁橋中墩多布置成獨柱支承構造。在獨柱式點(diǎn)鉸支承曲線(xiàn)連續梁中，上部結構在外荷載作用下產(chǎn)生的扭矩不能通過(guò)中間支承傳至基礎，而只能通過(guò)曲梁兩端抗扭支承來(lái)傳遞，從而易造成曲梁產(chǎn)生過(guò)大扭矩。為減小曲線(xiàn)梁橋梁體受扭對上、下部結構產(chǎn)生的不利影響，可采用以下方法進(jìn)行結構受力平衡的調整：

　�、贋闇p小此項扭矩的影響，比較有效的辦法是通過(guò)調整獨柱支承偏心值來(lái)改善主梁受力。

　�、谕ㄟ^(guò)預應力筋的徑向偏心距來(lái)消除曲梁內某些截面過(guò)大的扭矩，改善主梁的受力狀態(tài)也是一種行之有效的辦法。預應力曲線(xiàn)梁往往產(chǎn)生向外偏轉的情況，這是由其結構特點(diǎn)造成的。預應力產(chǎn)生的扭矩分布和自重、恒載作用下的扭矩分布規律有著(zhù)較大的區別，為調整扭矩分布，可在曲線(xiàn)梁軸線(xiàn)兩側采用不同的預應力鋼束及錨下控制應力，構成預應力束應力的偏心，形成內扭矩來(lái)調整曲線(xiàn)梁扭矩分布。

　　3.2.5下部支承方式的確定。曲線(xiàn)梁橋的不同支承方式，對其上、下部結構內力影響非常大。對于曲線(xiàn)梁橋，中間支承一般分為兩種類(lèi)型：抗扭型支承（多支點(diǎn)或墩梁固結）和單支點(diǎn)鉸支承。在曲線(xiàn)梁橋選擇支承方式時(shí)，可遵循以下原則：

　�、賹τ谳^寬的橋（橋寬B>12m）和曲線(xiàn)半徑較大（一般R>100m）的曲線(xiàn)梁橋，由于主梁扭轉作用較小，橋體寬要求主梁增加橫向穩定性，故在中墩宜采用具有抗扭較強的多柱或多支座的支承方式，亦可采用墩柱與梁固結的支承形式。

　�、趯τ谳^窄的橋（橋寬B≤12m）和曲線(xiàn)半徑較�。ㄒ话慵sR≤100m）的曲線(xiàn)梁橋，由于主梁扭轉作用的增加，尤其在預應力鋼束徑向力的作用下，主梁橫向扭矩和扭轉變形很大。由于橋窄因此宜采用獨柱墩，但在選用支承結構形式時(shí)應視墩柱高度不同而確定。較高的中墩可采用墩柱與梁固結的結構支承形式。較低的中墩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短和減小主梁的橫向扭轉變形。但這兩種交承方式都需對橫向支座偏心進(jìn)行調整。

　�、鄱罩�截面的合理選用。當采用墩柱與梁固結的支承形式時(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，宜采用矩形截面墩柱。因為矩形截面沿主梁縱向抗彎剛度較小，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變形，更適合其受力特點(diǎn)。

　　3.3下部結構

　　曲線(xiàn)梁橋墩頂水平力分配比較復雜，而且橋墩所受的外力方向常發(fā)生變化，因此，墩柱要盡量采用圓形截面；曲線(xiàn)梁橋墩柱受到縱橫向水平力作用，墩身最大彎矩應是兩個(gè)方向的力矢量合成值；同一座橋墩各墩柱的軸力可能有差異，所以要調整墩柱位置，使墩柱受力均勻，避免出現墩柱受拉的情況；在計算樁柱配筋量時(shí)，要分別驗算各墩柱的內力，根據最不利組合進(jìn)行配筋，在確定樁長(cháng)時(shí)，要以軸力較大的墩柱進(jìn)行控制。

　　4、曲線(xiàn)梁橋設計中需要注意的其它問(wèn)題

　　4.1所有中墩支座，盡可能橫橋向位移固定，可采用盆式或普通板式橡膠支座。

　　4.2當橋長(cháng)較大（如大于100m），梁端支座應能順橋向自由滑動(dòng)、橫橋向位移固定，可采用盆式橡膠支座，或附加了橫橋向位移固定裝置的四氟板橡膠支座；此外，梁端間隙和伸縮縫構造，應保證在最大升溫條件下，梁能夠不受阻礙地自由伸縮變形；當橋長(cháng)較小時(shí)，梁端支座可以采用普通板式橡膠支座�！傲憾嗽O普通板式橡膠支座、所有中墩設橫橋向自由滑動(dòng)的盆式支座”，對曲線(xiàn)梁橋是危險的，應絕對避免。

　　4.3當曲線(xiàn)梁橋比較寬、各墩也較寬時(shí)，應注意溫度變化時(shí)由于曲線(xiàn)梁水平彎曲變形在墩頂產(chǎn)生的橫橋向水平作用力可能會(huì )比較大，尤其是當所有中墩支座均為橫橋向位移固定時(shí)。

　　5、施工特點(diǎn)

　　5.1測設放樣　由于曲梁橋在平面和縱橫斷面上的變化較大，因而在施工放樣、標高控制、中線(xiàn)控制等方面都會(huì )增加許多麻煩，應予反復檢查、嚴格要求。另外，在進(jìn)行預制底�？刂茣r(shí)，如果內外側邊梁因跨徑懸殊必須設置不同的預拱度時(shí)，應對其底模進(jìn)行嚴格的標高控制。

　　5.2超高處理　曲梁橋的超高處理一般有兩種方法：

　�、俪�高值較小，且在橋寬不大的情況下，建議將超高部分直接設置在橋面鋪裝上；

　�、诋敵�高值較大時(shí)，建議將一部分設在橋面鋪裝上，另一部分設在墩臺頂面上；當超高值不太大時(shí)，也可直接將超高部分全部設在墩臺頂部。

　　5.3邊板處理

　　對于預制的彎梁構件，其構件重心位置可能位于構件軸線(xiàn)以外（一般出現在內外側邊梁），在堆放時(shí)極易失穩傾覆，需增設臨時(shí)支撐；即使構件的重心位置位于構件的軸線(xiàn)以?xún)�，而在施工過(guò)程中，當橋面橫向聯(lián)結尚未形成而一些預制小構件如緣石、人行道板等已擱置于內外側邊梁的情況下，也可能引起構件的傾覆。因此，建議在施工內外側邊梁時(shí)，每隔5m左右預埋一塊鋼板，當架設完成后，利用短廢鋼筋將邊梁與相鄰梁連接在一起，以防傾覆破壞。

　　5.4主梁預制　因曲梁橋每一孔的各根主梁的構造尺寸不同，故施工時(shí)必須在每一根主梁上注明是某孔某號主梁，以防吊裝時(shí)出現錯誤。

　　5.5吊裝　吊裝最好使用大噸位吊車(chē)。在無(wú)此機械時(shí)，可利用導梁來(lái)吊裝，但在軌道的鋪設以及方位角的調整上要嚴格認真。

　　6、設計方法

　　6.1設計參數的選定

　　在橋梁設計中，應根據路線(xiàn)線(xiàn)型的要求，確定梁橋的平曲線(xiàn)形狀，選定平曲線(xiàn)要素，再根據橋梁的使用要求和《公路工程技術(shù)規范》，確定彎梁橋的超高及加寬值，進(jìn)而確定梁橋在直線(xiàn)段、圓曲線(xiàn)段和緩和曲線(xiàn)段的橋面凈寬和超高形式，進(jìn)行梁橋的橫截面布置。在一般情況下，直線(xiàn)段的橫截面布置與路線(xiàn)行車(chē)道相同；圓曲線(xiàn)段的橋面寬度應計入加寬值；而緩和曲線(xiàn)段則需做成加寬漸變段形式。

　　6.2橋型的確定

　　在曲梁橋中，應用較廣的是連續梁和簡(jiǎn)支梁。受曲線(xiàn)線(xiàn)型的限制，連續彎梁橋一般選用箱梁（附加異性邊梁）為最佳方案，而簡(jiǎn)支梁橋，則以選用空心板梁（附加異性邊板）為最佳方案。

　　6.3平面線(xiàn)型的布置

　　6.3.1常用板梁平面布置法

　　各墩臺平行布置，如圖1所示。各墩臺與路線(xiàn)交角不相同，各墩臺蓋梁上的支座位置也不一樣，幾何及下部結構設計較為復雜。在曲線(xiàn)半徑較大、橋長(cháng)較短時(shí)較為適用。其優(yōu)點(diǎn)是各孔（或全橋）為預制梁，可保持等長(cháng)度，斜交角度較小。缼點(diǎn)是由于梁（板端角度不同，墩、臺長(cháng)度不一致，使得設計和施工相對較為復雜。

　　各墩臺與路線(xiàn)交角相同，下部結構及幾何設計較為簡(jiǎn)單，橋梁較長(cháng)時(shí)較為適用�？衫�用現澆梁端長(cháng)度或連續梁現澆中橫梁變寬度來(lái)調整預制梁長(cháng)度，使得預制梁長(cháng)度保持一致。當曲線(xiàn)半徑較小時(shí)，因中橫梁變寬度受到限制，此時(shí)可采用變預制梁長(cháng)度進(jìn)行設計，當左右兩幅內外側（左、右）梁長(cháng)度變化較大時(shí)，建議梁長(cháng)按內�。ɑ騼认遥┛刂�，采用內、外兩幅分別布置（如圖2使內Li右= Li中），此時(shí)雖然各墩臺軸線(xiàn)稍有錯開(kāi)，但適應山區水少的特點(diǎn)，最主要的是可以保證全橋預制梁長(cháng)度一致，方便了設計和施工。

　　6.3.2預制空心板梁的布設方法

　�。�1）位于曲線(xiàn)上的橋梁，當路線(xiàn)中心線(xiàn)處橋梁跨徑總長(cháng)范圍內的曲線(xiàn)矢高Hs≤5cm時(shí)，按直橋設計，采用將橋梁中心線(xiàn)向曲線(xiàn)外側平移Hs/2的平分中矢法調整橋梁平面線(xiàn)形，護欄按曲線(xiàn)設置。

　�。�2）位于曲線(xiàn)上的橋梁，當路線(xiàn)中心線(xiàn)處橋梁跨徑總長(cháng)范圍內的曲線(xiàn)矢高Hs>5cm時(shí)，按折線(xiàn)布孔，原則上從橋梁中心樁號向兩側敷設，以曲線(xiàn)內側弦長(cháng)為標準跨徑按折線(xiàn)布置。

　�。�3）當內外側梁長(cháng)之差小于等于標準跨徑的2%時(shí)，橋梁布設以路線(xiàn)中心線(xiàn)為準，按標準跨徑設置，優(yōu)先考慮等角度布設。即橋墩徑向布置，橋臺軸線(xiàn)旋轉后與預制梁端平行（與路線(xiàn)中心線(xiàn)不一定垂直），使得橋臺伸縮縫預留縫等寬。

　�。�4）當內外側梁長(cháng)之差大于標準跨徑的2%時(shí)，橋梁布設以左右半幅橋梁中心線(xiàn)為準，按標準跨徑設置，考慮采用平行布設。

　　6.4離心力的考慮

　　當彎梁橋的曲率半徑ρ>250m時(shí)，可以不計離心力的作用；當ρ≤250m時(shí)，必須計入離心力對結構物受力的影響。根據《公路橋涵設計規范》：離心力的作用點(diǎn)可直接移至橋面，但對“獨柱墩式”的彎梁橋結構，作此簡(jiǎn)化是偏于不安全的。因此在設計時(shí)，建議離心力以如下方法考慮：先將離心力Fc移至橋面上，并采用力矩Mc代替外轉矩，或再將Mc用豎直力表示，則Fcv= Mc/a.

　　6.5經(jīng)濟性考慮

　　因為彎梁橋的內、外側邊梁的尺寸往往比中梁結構的尺寸大許多，從經(jīng)濟性出發(fā)，建議將內外側邊梁及中梁進(jìn)行分別設計。

　　7、心得

　　綜上所述，解決曲線(xiàn)梁彎扭耦合所帶來(lái)的抗扭問(wèn)題，除了考慮抗扭約束外，還可以從如下方面入手：一是通過(guò)偏心支承，利用主梁自身恒載調整主梁扭距分布；二是通過(guò)預應力，合理布置調整主梁扭距分布。實(shí)際設計中多用雙柱墩提供抗扭支承，而用獨柱墩通過(guò)預設支座偏心調整主梁扭距分布。這種經(jīng)濟、合理的措施在城市高架橋，特別是曲線(xiàn)匝道的設計中被廣泛應用。所有這些問(wèn)題的解決還有賴(lài)于設計者在實(shí)際工作中精確的結構計算，并在此基礎上采取必要的結構措施。在進(jìn)行曲線(xiàn)梁橋計算時(shí)，應充分考慮橋梁寬度的因素。在車(chē)輛荷載的偏載作用下，寬曲梁橋的扭轉作用明顯加劇。根據《公路工程技術(shù)規范》的線(xiàn)型要求，掌握曲線(xiàn)梁橋的設計計算方法具有廣泛的實(shí)用意義。對我們橋梁專(zhuān)業(yè)的學(xué)生更是需要掌握，現在只是初步學(xué)習，對一些深層的知識還沒(méi)有能力掌握，不過(guò)在今后的工作實(shí)踐中我們會(huì )接觸大量的關(guān)于斜彎橋的知識的，那時(shí)不僅能夠鞏固大學(xué)時(shí)所學(xué)知識，還會(huì )有更多的自己的看法。通過(guò)學(xué)習和思考一些問(wèn)題，使我對這門(mén)學(xué)科有了進(jìn)一步的興趣，我會(huì )在今后生活工作中不斷關(guān)注相關(guān)知識，增強自己的專(zhuān)業(yè)水平。