程伟

（上海市隧道工程轨道交通设计研究院，上海市 200235）

全抗扭支座预应力连续弯箱梁桥的研究

程伟

（上海市隧道工程轨道交通设计研究院，上海市 200235）

从对结构受力合理的目的出发，论述了预应力混凝土连续弯桥制动墩的选择、支承横向偏心位置的调整及释放部分水平约束对曲线梁桥内力的影响，并结合工程实例进行分析，其分析结果对预应力混凝土连续弯桥的支座布置设计有一定的指导意义。

连续弯桥；制动墩；支座反力；水平约束

0 引言

近年来，随着我国轨道交通的迅速发展，高架区间工程愈来愈多，由于地形、地物的限制，线路沿着地面道路走行等原因，连续弯箱梁桥日益得到广泛应用。

连续弯桥设计中，支座的布置有两种常用方式：（1）桥梁端部设抗扭支座，中墩处设有预偏心的单支座；（2）所有墩位处均设抗扭支座。近年来，由于独柱墩桥梁倾覆事故频发，连续弯桥中墩采用独柱墩点铰支承暴露了很大的问题。故本文结合实际工程仅对采用第二种支座布置方式的连续弯桥力学行为进行了研究。

1 工程背景

上海市轨道交通8号线三期一出入段线桥，需跨越河流，连接正线。桥位处线路由直线、圆曲线和缓和曲线组成。为满足限界要求，连续曲梁结构中心线设置为曲线。由于受到周边地块的限制，该联跨径组合需为30 m+25 m+25 m、平曲线半径R-75 m，桥宽9.05 m。本桥采用预应力连续梁体系，该桥平面见图1。

图1 桥位平面图（单位:m）

上部结构连续曲线箱梁采用等高箱型截面，梁高2.0 m，底宽4.0 m，顶板厚度为0.25 m，底板厚度为0.25 m，在支撑点4 m处渐变为0.35 m。在桥墩处根据计算设置支座偏心，横梁相应加宽，横梁高度2.0 m，宽2.0 m，见图2。

图2 主梁横断面图（单位:mm）

下部结构中墩、边墩均采用带盖梁的圆型实心独柱桥墩。直径为2.3 m。中墩、边墩均采用矩形承台，承台尺寸为5.8 m×5.8 m（横×顺），厚2.0 m。基础采用4根Φ1.2 m钻孔灌注桩，桩长55 m，桩基持力层为第7-2层。

弯桥平面内的变形可以分为两种[1]：（1）径向变形；（2）切向变形。水平约束即限制了此两种位移。本桥水平向约束的实现是通过采用单向、多向活动或固定的球形支座实现的。

2 制动墩的选取

对四个桥墩分别作为制动墩，约束沿切线方向的位移。四种制动墩形式，恒载作用下其水平支座反力采用Midas Civil 2012计算后，比较情况见图3。

图3 恒载作用下其水平支座反力（单位:kN）

结论：恒载作用下，

（1）一般中墩水平力大于边墩水平力；

（2）制动墩会产生水平面内的扭矩；

（3）不同墩做制动墩时，各墩径向水平力，及制动墩扭矩变化较大。

根据以上结论可知，制动墩需进行抗扭验算。实际设计中需尝试几种制动墩布置形式，采取支座水平反力较小的布置。

四种制动墩形式，在主+附组合作用下主梁内力采用迈达斯软件计算后，比较情况见图4。

由图4可知，在外荷载、自重等计算条件相同的条件下，各支座分别作为制动墩时，可以得出如下结论：从梁体的内力看，选用何种制动墩类型，对梁体的水平向弯矩值和扭矩值影响不大，但对该梁体的竖向弯矩值则影响较大。

图4 水平向力矩M、扭矩T、竖向力矩M比较图（单位:kN·m）

3 抗扭支座横向偏心位置的调整

本工程采用的支座布置形式见图5。

图5 25 m+25 m+30 m曲线箱梁的支座布置形式

3.1 支座不偏心时支反力比较

从表1计算结果表明，在恒载作用下第1号至第4号支承的内、外侧支座反力大小很不均匀，即连续曲箱梁边、中墩支反力因受扭矩的作用而导致外侧大于内测，制动墩外侧支反力约为内侧的2倍(见表1)。在主+附组合下，中墩内侧支座出现负反力。

表1 不设置支座横向偏心时支反力(单位：kN)

3.2 调整支座偏心后支反力比较

寻找支座调整对反力影响规律，进行以下两种支座偏心调整：（1）3号支承内外侧支座向外偏移0.2 m；（2）3号支承内外侧支座向外偏移0.4 m。反力结果见表2、表3。

表2 3#墩设置0.2 m支座横向偏心时支反力(单位：kN)

表3 3#墩设置0.4 m支座横向偏心时支反力(单位：kN)

从表2、表3中可以看出,

（1）随着支座横向偏心值的增大，3#墩内外侧支承反力趋于均衡。

（2）3#支承向外偏移0.2 m和0.4 m所产生的支座反力变化基本成2倍关系，所以可得出结论：在一定范围内，支座偏心调整产生的支座反力变化成线性关系。

（3）3#支承外侧支座减小的支座反力和内侧支座增加的支座反力相等，且其他支承的支座反力变化不大，几乎可忽略。

可得结论：支座向外偏移，内支座反力增大，外支座反力减小，且主要对该支承处支座反力有影响。在实际工作中，可先建立不偏心的计算模型，得出各个支座反力，然后在模型中一次性调整各个支座的偏心，得出各个支座反力的变化。根据支座调整产生反力变化为线性关系以及支承调整只对本支撑处支座反力产生变化，据此可求出需要的各个支座偏心量，避免了反复调整支座偏心的工作量。

（4）由支座反力合力不变可知，设置支座横向偏心对主梁内力没有影响。

在设计中，支座横向偏心量值可以采取下列控制指标：

a.荷载组合下防止出现支座脱空；

b.平衡上部结构恒载对墩柱的弯矩，以减小下部结构的规模。

4 径向水平约束的选取

为保持伸缩缝处梁体变形较小，将制动墩设置在1#墩，仅释放2#、3#墩径向水平约束，见图6、图7。

图6 释放支座2径向约束后恒载作用下水平力（单位:kN）

图7 释放支座2、3径向约束后恒载作用下水平力（单位:kN）

结论：只需部分释放支座径向约束，全桥支座水平力即可大大减小，这对桥墩设计较为有利。尤其墩高较高，水平力引起的墩底弯矩很大时，释放水平约束是较为实用的手段。

采取不同径向水平约束时，在主+附组合作用下主梁内力采用迈达斯软件计算后，比较情况见图8。

图8 水平向力矩M、扭矩T、竖向力矩M比较图（单位:kN·m）

由图8可知，在外荷载、自重等计算条件相同的条件下，部分释放水平约束时，可以得出如下结论：

从梁体的内力看，部分释放水平约束，对梁体的水平向弯矩值和扭矩值影响不大，但对该梁体的竖向弯矩值则影响较大。

5 结 语

通过以上的对比分析，可以得出以下结论：

（1）恒载作用下，一般中墩水平力大于边墩水平力。制动墩会产生水平面内的扭矩，需进行抗扭验算。不同墩做制动墩时，各墩径向水平力，及制动墩扭矩变化较大。实际设计中需尝试几种制动墩布置形式，采取支座水平反力较小的布置。

（2）在外荷载、自重等计算条件相同的条件下，采取不同的水平约束形式时，可以得出如下结论：从梁体的内力看，采取不同的水平约束形式对梁体的水平向弯矩值和扭矩值影响不大，但对该梁体的竖向弯矩值则影响较大。但是，设置支座横向偏心对主梁内力没有影响。

（3）支座向外偏移，内支座反力增大，外支座反力减小，在一定范围内，支座偏心调整产生的支座反力变化成线性关系。且主要对该支承处支座反力有影响。在实际工作中，可先建立不偏心的计算模型，得出各个支座反力，然后在模型中一次性调整各个支座的偏心，得出各个支座反力的变化。根据支座调整产生反力变化为线性关系以及支承调整只对本支撑处支座反力产生变化，据此可求出需要的各个支座偏心量，避免了反复调整支座偏心的工作量。

（4）在设计中，支座横向偏心量值可以采取下列控制指标：荷载组合下防止出现支座脱空；平衡上部结构恒载对墩柱的弯矩，以减小下部结构的规模。

（5）只需部分释放支座径向约束，全桥支座水平力即可大大减小，这对桥墩设计较为有利。尤其墩高较高，水平力引起的墩底弯矩很大时，释放水平约束是较为实用的手段。

[1]邵容光,夏淦.混凝土弯梁桥[M].北京:人民交通出版社,1994.

[2]姚玲森.曲线梁[M].北京:人民交通出版社,1989.

[3]李国豪.大曲率薄壁箱梁的扭转和弯曲[J].土木工程学报, 1987,20(1):65-75.

[4]林力成,林晓芳.连续弯梁桥计算模型分析[J].华东交通大学学报,2005,22(4):14-16.

U448.21+3

B

1009-7716（2016）12-0043-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.12.013

2016-09-20

程伟（1985-），男，河北廊坊人，工程师，从事桥梁设计工作。