平面弯桥的受力特性与设计计算探讨

2012年6月SHANXISCIENCE＆TECHNOLOGYofCOMMUNICATIONSNo．3

June平面弯桥的受力特性与设计计算探讨

苏海成

（山西省交通科学研究院，山西

太原

030006）

摘要：高速公路上互通匝道桥往往处于半径较小的曲线内，介绍了这些平面弯桥的受力特

点和常用的几种设计分析计算方法，以及对一些常用的支承方式做了简单的比较，可供设计者在设计弯桥时作为参考。

关键词：平面弯桥；受力；特性；计算；方法；支承；方式中图分类号：U448.42文献标识码：A文章编号：1006-3528（2012）03-0090-02近几年山西的公路建设飞速发展，这其中高速

公路占了很大的比例。高速公路枢纽互通匝道桥梁的平面一般都是处于半径较小的曲线内，纵坡也较主线桥大，这些弯桥是处于弯扭耦合作用下复杂的空间受力结构，设计计算较直线桥显得麻烦很多。11.1

平面弯桥的受力特性[1]弯桥的受力特点分析

的外侧支点应防止支座超载。

d)对于弯桥的这种弯扭耦合作用的特殊性，弯桥设置中横梁就显得尤为重要，它不但能保持全桥的稳定性，而且可以减小截面的畸形变形。e)对于上部采用预应力的弯桥，尤其是半径较小的曲梁，由于钢束在平面弯曲程度较大，预应力张拉后会对主梁腹板产生一个很大的横向力，可以设置防崩钢筋和增加横隔板等方法，然后对腹板进行局部验算，确保主梁腹板不会发生崩裂。1.2影响弯桥受力特性的主要因素

a)圆心角φ0圆心角φ0是跨长与半径的比值。主梁的弯曲半径不能全面反映弯曲程度，而圆心角能全面反映主梁的弯曲程度。对于一根单梁而言，当φ0≤30°时可以忽略由扭转作用对挠度的影响。当φ0在50°以下时，截面的纵向弯矩可以足够精确地用跨径为L=r·φ0的直线桥进行计算。b)桥梁的宽度当桥宽较大，曲率半径较小，偏心活载作用在曲梁上的时候，曲梁内在产生弯矩的同时还会产生扭矩，桥梁越宽偏心活载引起的扭矩越大，因此在弯桥设计计算的时候，要充分考虑宽度的影响。

c)弯扭刚度之比k=EI/GId曲线桥中弯扭刚度之比与结构的受力状态有着直接的关系，在抗弯刚度满足要求的前提下，应尽量提高结构的抗扭刚度GId，来减小由于扭转引起的变形。箱型截面具有着抗扭刚度较大的特点，在曲线桥中得到广泛的应用。2平面弯桥常用的几种分析计算方法探讨[2]2.1有限元方法

a)平面弯桥的主要受力特点是：在竖向荷载作

用下，梁截面在发生竖向弯曲的同时，会产生扭转作用，也就是会产生弯扭耦合作用。梁截面处于弯矩和扭矩共同作用的状态，其截面的主拉应力比同等跨径的直线梁桥要大得多，这是弯桥最显著的一个特点，弯扭耦合作用下，主梁的受力情况相对就复杂得多。

b)弯桥梁体的变形由于弯扭耦合作用，比同样大跨径的直线桥的变形要大，而且内外边缘的变形有所差异，外边缘的挠度要大于内边缘的挠度，而且曲率半径越小、桥越宽，这一现象越明显。

c)弯桥在对称荷载作用下，内外侧梁体的受力不均，由于扭转作用，出现内梁卸载、外梁超载的现象，尤其在半径较小、桥宽较大的情况下，内外梁的受力差异更大。因此会给梁体的截面设计带来不少的麻烦，要拟定一个经济的截面尺寸和配筋需要费很大的力气。梁端支反力与直线桥也有所不同，曲线外侧的支反力比曲线内侧的要大，如果当曲率半径太小时内侧甚至会产生负反力，如果支座不能承受拉力，就会出现“支座脱空”现象。因此设计中应该注意控制内侧支点的负反力，可以设置拉压支座，相应

收稿日期：2011－11－26；修回日期：2012－04－01作者简介：苏海成（1984—

），男，宁夏西吉人，助理工程师，大学本科，2007年毕业于长安大学桥梁工程专业。

2012年第3期苏海成：平面弯桥的受力特性与设计计算探讨··91

有限元法是一种将连续体离散化以求解各种力

学问题的数值方法，也是对复杂结构进行分析的一种最有效最通用的方法之一。有限元法能够分析任何复杂的结构和荷载类型，其精度取决于所采用的单元模型和网格划分的精细，常采用的模型有空间梁单元、板壳单元以及实体单元。板壳单元和实体单元可以计入翘曲、畸变和剪力滞效应的影响，其计算的精度也较高。但是有限元有大量的输入数据和输出数据需要整理，数据量大了就容易出错，在数据整理的时候得相当仔细。2.2

有限条法

有限条法是一种半解析法，它是解析法和有限元法的一种过渡，在结构比较规则和边界条件比较简单的情况下常用。与有限元相比，其原理简单，电算时间和内存需要量都少，输入的数据也相对简单

但是它不能很好地解决变高点，因此出错率就低点。度的主梁和不规则的结构问题。对于梁高一定的弯

桥，有限条法得到了比较广泛的应用。2.3梁格法

梁格法是计算分析弯桥最常用的方法之一，它概念比较清晰，易于理解，计算费用也相对较低，计算结果比较精确。其实质是用一个等效的梁格来代表弯梁的上部结构，然后分析平面梁格就能得到主梁的变形和内力状态。实际弯梁与比拟等效的梁格之间的等效关系主要体现在梁格各构件的刚度计算上，当承受相等的荷载的时候，两者必须具有恒等的变形，而且等效梁格每个构件中的内力与其代表的弯桥原型的截面内力也必须相等。然而实际上由于结构类型的不同，两者很难完全相等。但是大量的研究和计算结果表明，只要把握结构的总体性能，对结构的局部性能加以修正，计算结果也是比较精确的。2.4等效平板法

等效平板法是将实际结构模拟为平板，然后利用分析弹性平板的方法进行求解。当然利用这种方法分析的关键是怎样建立实际结构模型与平板之间的等效关系。需要我们解决两个问题，首先利用实际结构的有关参数等效地表达出等效平板的刚度常

数，其次就是将等效平板求解出的内力等效地还原

到实际结构中。但是这种方法也有其局限性，它不能直接确定作用在弯梁上的荷载对翼缘板产生的横向挠曲，需要采用合适的方法单独对局部横向挠曲进行分析计算。3

平面弯桥常用的支承方式探讨

3.1桥梁两端桥台或者分联墩处支承

对于连续弯梁桥，桥梁两端一般采用两点或者多点的支承方式，这样的支承方式既可以提高主梁的横向抗扭性能，也能保证桥梁的横向稳定性。3.2桥梁中墩处支承

弯桥的中墩处的支承方式比较多，常用的有单点、两点、多点和墩梁固结。根据理论分析计算结果和对已建成桥梁的检测分析，对于曲率半径较小且桥宽较窄的弯桥，由于主梁较窄，宜采用独柱墩，相应地采用单点支承方式，但是需要在桥梁横向设置偏心，偏心的大小需要通过计算确定；如果桥墩比较高的话，也可以采用墩梁固结的方式，此时就得选择一个合理的墩柱形式，由于主梁的扭矩比较大，墩梁固结后主梁扭矩传递到墩柱上的沿桥横向的弯矩也比较大，因此宜采用沿桥横向的矩形截面。对于曲率半径和桥宽较大的弯桥，宜采用两点或者多点支承方式，这样可以提高主梁横向的抗扭性能和横向稳定性；对于桥墩较高也可以采用墩梁固结的方式，但是对固结墩得进行比较仔细的计算。4

总结

影响曲梁受力的因素很多，本文简单地介绍了弯桥的受力特点及一些设计计算方法。近几年已经建成的弯桥发现了不少问题，我们应该从中总结经验，改善弯桥的设计，保证桥梁的正常运营。参考文献：

[1]范立础.桥梁工程（上册）[M].北京：人民交通出版社，

2001.

[2]邵容光，夏淦.混凝土弯梁桥[M].北京：人民交通出版

社，1994.

TheStudyonForceCharacteristicsandDesignCalculationsof

PlaneCurvedBridge

SUHai-cheng

（ShanxiTransportationResearchInstitute,Taiyuan,Shanxi

030006,China）

Abstract:Thepaperintroducedtheforcecharacteristicsanddesigncalculationsofplanecurvedbridgesforreference.

Keywords:planecurvedbridge；force；characteristics；calculation；method；bearing；form