小半径曲线梁桥的设计选型与结构分析
随着社会经济的发展和人们对景观的要求不断提升，城市中大量涌现出具有景观要求的桥梁。

但在受到城市交通功能和地形条件的限制时，时常会出现小半径的曲线桥梁。

这种小半径的曲线桥梁具有斜、弯、异形等特点，给桥梁设计和构造处理造成很大困难。

文章结合中山小榄镇某小区内车辆专用桥的设计，对小半径曲线梁桥的设计选型及结构分析进行探讨。

标签：Midas/Civil；小半径曲线梁桥；设计选型；结构分析
1 工程概述
本工程位于中山市小榄镇一新建小区内，供小区车辆进出车库专用，沿线跨越三条河涌。

由于前期建设方已委托进行景观专业设计，按照景观设计要求，进行桥梁结构设计。

同时根据现场地形条件、施工技术拟定桥梁方案。

桥梁全长219m，跨径多处于20m左右，全桥4联（21.088+18.521）+（17.994+17.225）+（环岛：16.062+7.172+9.671+9.335+12.379）+（20.387+19.980）m。

共桥梁全宽8.5m，其中环岛处最小曲线半径R=15.7m。

桥梁上部结构采用现浇钢筋混凝土，下部采用桩柱式桥墩、埋置式桥台、钻孔灌注桩基础。

全桥平面图如下所示。

上部结构箱梁横断面采用单箱双室，梁高140cm，箱梁顶宽830cm，两端悬臂各设10cm后浇段同护栏一起浇筑，底宽730cm，翼缘板悬臂长度100cm。

顶板等厚20cm。

底板厚度为40cm～20cm，腹板厚度60～40cm，横断面如下图所示：
2 计算参数
2.1 设计标准
设计荷载：城-B级；
温度荷载：结构体系温差±25度，梯度温度按照规范沥青铺装指标加载。

桥面净宽：7.5m。

设计车速：40km/h
2.2 主要材料及计算参数
3 结构选型与计算分析
运用Midas/Civil软件，对结构各联均建立模型进行分析，尤其是第3联环岛，最小半径仅有17.5m，常规做法很难满足抗扭承载力要求，必须通过计算通
过一系列构造措施进行调整。

3.1 结构选型
为了保证桥梁抗弯及抗扭承载能力满足（规范）要求，对全桥建立三维模型计算，根据计算结果进行一系列的构造调整：
3.1.1 在原设计单箱单室的基础上，将横断面调整为单箱双室，同时将梁高从1.2m提高到1.4m，以提高上部结构的抗扭能力。

3.1.2 同时将沿河两岸所设连个独柱墩进行横向偏心调整，并且将其设置为墩梁固结结构，同时对墩柱进行抗弯承载能力验算。

3.1.3 原设计本联仅为圆弧段，结果计算发现两端支座反力相差太大，甚至出现负反力，同时结构整体也很难满足抗扭需要。

因此，对全桥重新进行分联设计，在原圆弧段两端分别加一跨直线段，同时将桥梁连接车库部分也和上部连接为一个整体，以提供更有利的抗扭能力。

3.2 计算分析
通过采用一系列构造措施，包括改变跨径、分联、墩位、箱梁横断面等方法，以提高结构整体稳定性。

经过有限元分析，结构整体抗弯、抗扭及抗剪承载能力（图3.2～3.4所示）均能满足规范要求。

通过对结构构造进行调整，同时在设计过程中，对纵向受力钢筋、横向分布钢筋、纵向抗裂钢筋均有适当加强。

并对其进行有限元分析，可以看出结构整体承载能力均能满足要求，所以从构造上采取措施以提高结构的整体稳定性的方法是有效的和最直接的。

4 设计体会
对于这种小半径的曲线梁桥，其结构除了要承受纵向弯矩、剪力外，还有相当大的扭矩和翘曲双力矩的作用。

通过对本项目进行总结，对于小半径曲线梁桥的设计及其受力特点进行分析，得出以下体会：
4.1 小半径曲线梁桥的受力特点
4.1.1 小半径曲线桥在自重、汽车荷载、温度等荷载的作用下，同时产生弯矩和扭矩，并且互相影响，使上部主梁横截面处于弯+扭共同作用的状态，其主拉应力往往比相同跨径的直梁桥大得多。

4.1.2 由于弯扭共同作用、相互影响，小半径曲线桥的变形要比同跨径直线桥大，同时其变形明显的特点是其弧线外边缘的挠度要大于弧线内边缘的挠度，而且曲率半径越小、桥越宽，这种差异趋势越明显。

4.1.3 由于结构自身偏心，同时再加上汽车偏载的作用，使得曲线桥的支点反力与直线桥相比，有弧线外侧支点明显大于内侧支点的趋势。

内侧支点甚至可能出现负反力，导致梁体与支座脱空。

4.1.4 考虑到混凝土的收缩、徐变，结构非线性温差的影响等因素。

以常规的分析手段比较难以实现混凝土收缩、徐变；以及预应力效应等对小半径曲线梁桥作用的精确计算。

因此对于小半径的曲线梁桥，结构选型方面应优选选择普通钢筋混凝土结构，避免纵向预应力所产生径向力的不利影响，同时桥梁跨径不宜选择过大。

4.2 小半径曲线梁桥设计体会
4.2.1 由于小半径曲线梁桥的受力特性比直线梁桥复杂得多，结构的抗弯承载能力、抗扭承载能力要求也比同跨径的直线梁桥要求更高。

因此在设计中应该优先选用整体性好、抗扭刚度大、现场浇筑的连续箱梁，同时在跨中设置横隔板，也可有效的提高结构抗扭能力。

4.2.2 下部结构除了承受上部恒载，汽车制动力和冲击力、非线性温度变化引起的内力、地震力等荷载之外，还承受离心力产生的径向力等直线桥梁所没考虑到的荷载。

因此，虽然墩梁固结的措施可以相当程度的将上部扭矩传递到下部结构，但是采取这种措施时，必须对下部结构进行验算，同时加大墩头直径，增加与梁底的接触面积。

4.2.3 与相同跨径的直线桥相比，小半径的曲线箱梁在承受较纵向弯矩的同时，又要承受相当大的扭矩、横向弯矩。

因此，在具体设计工程中，需要考虑对纵向受力钢筋、横向分布钢筋、纵向抗裂钢筋进行适当加强。

4.2.4 在采取墩梁固结措施的基础上，将墩支点向曲线外侧设置一定的横向偏心，可以有效地调整曲线梁桥恒载扭矩的重新分布，将上部结构的荷载传递到下部结构中，同时由于提高了结构的整体性，又能有效地降低梁端支点的恒载扭矩值，避免支点出现负反力。

具体设计中对于墩柱的承载力需要单独验算，并且桥墩向外侧的偏心值也应通过计算来确定。

5 结束语
根据对本项目的设计、分析，结合小半径曲线梁桥的受力特点。

对于曲线梁桥，在结构设计中，应对其进行全面的整体的空间受力计算分析。

仅采用横向分布等简化计算方法，是不能满足实际工况要求的。

必须对全桥建立三维整体空间模型，分析其在自重、汽车活载、温度、沉降等荷载作用下，其纵向弯曲、扭转作用甚至横向弯曲的受力特性，才能得到安全可靠的结构设计。

小半径曲线梁桥的设计计算比较复杂，在具体设计过程中，可以采取一些相应的措施，如：跨中设置横隔板、增加腹板数目、适当增加梁高、墩梁固结等以
提高桥梁的稳定性；设置偏心支座等措施尽可能改善弯梁的受扭状态等方法均可弥补结构自身缺陷所带来的不利影响，从而设计出安全、可靠并且经济适用的曲线桥梁。

参考文献
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作者简介：周红成（1981，8-），男，工程师，工作单位：中山市规划设计院。