收稿日期:2008-12-01作者简介:刘小辉(1974-),男,四川省仪陇县人,硕士,高工.弯桥直做的若干问题探讨刘小辉1,郭良久1,王　荣2(1.重庆市交通规划勘察设计院,重庆　430067;2.潍坊市公路勘察设计院,山东潍坊　261031)摘　要:结合重庆高速公路工程,探讨高速公路平面曲线上中小跨径桥梁弯桥直做时所遇到的若干问题及解决措施,为类似桥型设计提供参考。

关键词:曲线梁桥;弯桥直做;曲线计算;横向坡度计算;反拱设置文章编号:1009-6477(2009)03-0088-04 中图分类号:U448.42 文献标识码:ADiscussion on Some Issue s on Straight Fabrication of Curved Bridge sLIU Xiaohui 1,G UO Liangjiu 1,WANG Rong2Abstract :In combination with Chongqing Expressway Project ,this paper explores s ome problems encountered during the straight fabrication of middle 2and 2small 2span curved bridges on plane curves of expressway and s olutions in view of providing references for design of similar bridges.K ey w ords :curved bridge ;straight fabrication of curved bridge ;curve calculation ;calculation of transverse slope ;invert arch device 重庆属于典型的山区地形,桥梁、隧道等构造物在公路建设中占有很大比重,特别是近年来高速公路快速发展,桥梁、隧道等构造物的比重更是高达30%～50%,个别公路中甚至接近80%,如奉节至巫溪高速公路。

大量桥梁处于曲线内,形成弯桥。

为缩短设计周期,简化施工程序,降低工程造价,先简支后连续(桥面连续或结构连续)体系被大量采用,因而广泛涉及“弯桥直做”。

“弯桥直做”是指在曲线桥设计中,用中小跨预制直梁代替弯梁,平面按弦线方式成折线形布置,然后通过调整边梁(板)的悬臂板长度和护杆平面位置等,逐渐达到预期要求的平面曲线外形。

“弯桥直做”一般适用于弯道半径较大、桥梁跨径较小的情况,通常情况下以图1中的D 值不大于50cm 为宜(D =R -R 2-L 2Π4),以免过大增加悬臂板悬臂长度,使构造复杂。

本文以某高速公路大桥为例,简要探讨“弯桥直做”设计过程中可能遇到的问题及相应解决措施,希望对类似桥梁设计有借鉴作用。

1　工程概况某高速公路大桥平面位于R =699.91m 、L s =220m 的圆曲线及缓和曲线内,纵面位于R =14000m 、图1　梁跨长度和弯道半径关系示意T =196m 的凸型曲线内,采用直梁辐射墩(墩台方向均按路线法线方向布),通过调整T 梁外侧边板翼缘板长度、T 梁端部角度和护栏位置形成曲线。

全桥共13跨,跨径30m 。

桥梁全长402m ,采用桥面连续体系,最大桥高35m 。

桥面宽11.25m ,横坡2%～3%,横桥向5片T 梁,T 梁梁肋中距230cm ,边梁肋至外边缘距离为102.5cm 。

需指出,该桥为桥面连续体系,采用不等长预制梁处理方式。

对于结构连续体系一般采用等预制梁长和不等长的现浇连续段,以简化施工模板,但梁长计算、纵横坡处理等方面方法雷同,此略。

2　平面曲线计算2.1　位于圆曲线上的桥跨内各梁长度计算如图2所示,圆曲线上桥跨内各片T 梁的梁长L i 按下式计算:公路交通技术　2009年6月　第3期 T echnology of Highway and T ransport Jun.2009　N o.3L i =2(R -f +Δi )tanθ2(i =1～n )其中,f =f max -df max =R (1-cosθ2)θ=1803l 0ΠR Ππ式中,R 为弯道半径,m ;f 为跨中位置桥面中心线距离路线设计中心线的距离(设计采用的偏移值);f max 为桥跨按弦线布置后,桥跨中位置桥面中心线与路线中心线间的最大距离;d 为桥梁设计向弯道外侧的平移值(根据f max 大小而定,一般情况下,当f max 小于10cm ,d 值可以为0,因为这种弦弧距离差值可以通过桥面护栏、外边梁接长等方式调整桥面曲线);Δi 为跨内各梁肋中心到桥面中心线的距离;θ为桥跨对应的圆心角,(°);l 0为设计控制跨径(为2桥墩中心线的里程桩号差,即弧长);梁号i 从弯道内侧由内向外编号,i =1～n ,n 为横断面上梁的片数;公式中梁板位于弯道外侧,取“+”,反之取“-”。

该桥9～13跨位于圆曲线上,由R =69991cm 和l 0=3000cm ,可得桥跨对应的圆心角θ=2.456°,从而有f max =16.1cm 。

由于f max 太大,超过边梁翼缘板可调范围f 容=10cm ,故将桥跨梁板平面位置向弯道外侧平移d 值布置,取d =7.5cm ,则f =f max -d =8.6cm进而可根据各片梁的Δi 计算出所有的L i 。

图2　圆曲线上的T 形梁尺寸计算示意图3　缓和曲线上的T 形梁尺寸计算示意2.2　位于缓和曲线上的桥跨内各梁长度计算如图3所示,该桥1～6跨位于缓和曲线上。

缓圆点(HY )位于第7跨上,先根据缓和曲线一般公式,可计算得到桥跨2段的弦偏角θ1、θ2,进而得到缓和曲线上桥跨内各片T 梁的梁长L i 计算公式。

对于1～6跨,L i =l 0-Δ内移i [tan (Δθi )+tan (Δθr )]i =1～5Δθl =θl -π2,Δθr =θr -π2对于第7跨,L i =l 0-Δ内移i [tan (Δθl )+tan (Δθr )]-2R tan (Δθ)　i =1～5Δθ=θ-π2式中,L i 为梁长,m ;其它参数见图3。

根据上述公式即可计算得到该桥位于缓和曲线上的1～6跨各号梁中线长度。

3　横向坡度控制为了抵消离心力的作用,需将弯桥桥面做成具有一定超高率的单向横坡。

通常从直线段的正常双向坡断面过渡到圆曲线段具有一定超高率的单向横坡断面,需设置一定长度的超高缓和段。

超高缓和段一般设置在缓和曲线内,有时二者长度一致。

梁板顶横坡通常只能设计为固定的某个值(一般以不大于3%为宜,示例中采用2%和3%2种),故无论是在圆曲线段(除非圆曲线超高横坡不大于3%),还是缓和曲线超高渐变段,都需要考虑桥面横坡k %的形成方式。

一般情况下是将各跨T 梁顶板设置某一固定横坡i %,不足部分通过桥面铺装调整(图4)。

具体为:首先计算各跨的平均超高横坡度j %=(k 1%+k 2%)Π2,k i %为各墩顶位置超高横坡度,如果j %≥3%,则该跨梁板预制横坡度i %=3%,否则采用i %=Fix (j %),即不大于j %的某个整数值横坡;其次根据各梁板宽度计算梁板顶最大或最小铺装厚度(即p max 、p min ,p 为标准铺装厚度),若上述铺装厚度不能满足有关规范要求,则调整i %的取值(必要时可以采用非整数横坡,但全桥尽量类型简化);最后根据各墩顶位置的理论超高横坡值k i %计算各支承垫石厚度,且最小厚度应满足相关规范要求,否则调整i %的取值。

需注意:1)按本文方式在桥墩位置由全部梁板顶形成的桥面横坡分别为k 1%、k 2%,因为各桥墩相同位置的支承垫石高度分别相同且垫石顶形成的横坡分别为k 1%、k 2%,故上述计算的梁板顶最大982009年　第3期 刘小辉,等:弯桥直做的若干问题探讨图4　超高段梁板横坡渐变处理示意或最小铺装厚度(p max 、p min )是对应相等的。

不建议采用各墩顶全部梁板形成横坡采用固定值j %的方式,因为那样铺装层最大或最小厚度(p max 、p min )不易计算和控制。

2)根据图4可知,由于梁板顶的预制横坡i %与对应桥面横坡k %通常不一致(除非i %=k %),必将在梁板横向接缝处形成台阶,台阶高度d t =p max -p min ,设计者必须根据梁板的横向接缝类型合理控制d t 值的大小,对有采用现浇湿接头连接的T 梁,应适当加大现浇宽度,同时采用有关构造措施,避免弯折度过大,受力不利(图5)。

图5　梁板横向接缝错台示意4　反拱设置采用装配式后张法预应力混凝土T 梁,其现场施工方便和经济效益性好等优势明显,但由于为提高梁体承载能力而施加的高预应力却引起了梁体上拱。

在小跨度预制梁中,预应力引起上拱的数值较小,可作为梁的预拱度。

在大跨度预制梁中,预应力引起上拱的数值较大,并随之带来了梁体预制、安装施工控制困难和桥面铺装层厚度不匀而不得不进行局部调坡和加厚,致使铺装费用增加,进而影响桥面设施(如防撞护栏)的平顺性、美观性及通车运营后桥梁的力学性能和行车舒适性等一系列问题。

预制梁体张拉结束时反拱表观值:f I =f pI -f gI(1)存梁期末反拱表观值为:f II =|f PI -12Δf pI -12(f gI+Δf gII )|×[1+φ(t ,τ)](2)式中,f pI 为张拉结束时的预应力反向起拱值;f gI 为张拉结束时梁体自重产生的挠度值;Δf pI 为存梁期末由于预应力“时随损失”引起的预应力反向起拱降低值;Δf gII 为存梁期末由于梁体自重产生的挠度值;φ(t ,τ)为张拉龄期S d ,计算龄期t d 的混凝土徐变系数。

从式(1)可以看出,预应力筋张拉完成时的初始起拱值f I 和存梁期末混凝土的徐变系数φ(t ,τ)是决定存梁期末反拱大小的主要因素。

在一定的工艺流程所需要的混凝土张拉龄期和存梁期限下,最直观有效地控制反拱发展程度的方法之一是:张拉初期的堆载预压以减小f I 值。

考虑如果预先把梁体设计预制成二次抛物线形,则后期也可达到张拉初期梁体平直的要求。

但在这种情况下,梁体仍受挠曲徐变变形的影响,此时存梁期末T 梁的表观反拱值为(f II -f 0),这样就实现了以预设梁体挠曲线来削弱控制预应力起拱的目的。

对简支T 梁而言,预应力筋对混凝土作用所需的“平衡挠曲线”一般应是二次或多次抛物线,按施工精度要求预设底模成二次抛物线即可。

然而实际情况和理论值仍有一定差距,因为:1)目前对混凝土徐变的研究仍很不成熟,由于水泥用量、水灰比大小、骨料硬度以及混凝土养护时温度的差异等影响因素,徐变理论值的精确性是很差的,其偏差可达30%;2)T 梁中横隔板及非预应力筋对T 梁刚度的影响,一般认为可使刚度提高10%～20%左右。