曲线箱梁桥稳定性分析

1影响桥梁稳定性各种效应

1.1 荷载

弯桥支座脱空梁体、侧移的原因主要是弯桥梁体内存在较大的扭矩分布。产生扭矩的原因是梁体自重和外荷载的作用，外荷载由主要由汽车活载和预应力组成。在弯桥弯扭耦合效应的影响下，自重产生的弯矩也会生成耦合扭矩使得梁体总的扭矩进一步增大。当偏心活载作用在梁体上时，由于内外侧受力不均梁体也会产生扭矩，而汽车活载在曲线梁桥上行驶时的离心力也会导致扭矩的产生。当梁体扭矩过大时，就会造成支座脱空、梁体侧倾等病害的发生。

图1 汽车离心力对桥梁的作用

一般曲线梁桥常见的支座布置方式有两种：一是两端布置双支座，中间布置单支座的方式；二是全桥所有支座均为双支座。研究证明，这两种不同的支座布置方式下的曲线梁内力分布有多很大的不同。

曲线梁桥由于曲率的存在和弯扭耦合效应的影响，致使梁的内力分布特别复杂，弯桥扭矩作用的存在使得弯桥的支座不可能像直桥只承受竖向力。弯桥的支座必须要能承受弯矩的作用，如果支座布置选用不当，所选取的支座可能会在弯矩的作用下出现脱空的现象，因此支座的布置方式必须正确的选择。

1.3 预应力

直线桥的预应力作用会使梁内产生弯矩、剪力和轴力；曲线梁桥的预应力筋形状由于不仅存在竖向弯曲还存在水平向的弯曲，致使曲线梁桥由预应力产生的内力不仅有弯矩、剪力和扭矩还存在由平弯造成的扭矩和径向力。曲线梁桥预应力筋的水平向弯曲会使预应力筋形成径向力和剪力，这两个力作用在截面形心时就产生了扭矩，曲线梁桥预应力筋的竖向弯曲产生的弯矩经过弯扭耦合作用又会导致耦合扭矩的产生。因此，弯桥由预应力筋作用产生的扭矩是很大的，所以在曲线梁桥的设计施工中必须重视预应力筋的正确配置，减小因预应力造成的桥梁病害的发生。

图2 预应力钢筋径向力对主梁的作用

1.4 温差

温差引起的桥梁病害非常常见，曲线梁桥也不例外。当曲线梁桥内的温差过大时，弯桥的曲段会由于热胀冷缩而膨胀或缩小，弧长的改变导致了梁体轴向的移动。如果桥梁施工时和运营时的气温反差很大，就会使桥梁成桥时与施工时线型的发生变化，特别是桥跨较长而曲率半径较小的情况下，梁体会产生径向位移。温度反复升降导致梁体的反复伸缩，由于支座处对梁体摩擦力的存在，梁体的移动不可能每次都能恢复到原来的状态，因此每次移动恢复时都会有残余位移的存在，久而久之就会积累成很大的位移，最终造成梁体的侧移。

图3 温差效应引起的弯桥和直桥的变形

1.5 混凝土收缩徐变

混凝土的收缩会造成曲线梁桥梁体平面内的变形，变形的方式是曲线梁桥弧段的缩短，曲率半径的减小但是圆心角不会发生变化；混凝土收缩造成梁体支座处的弦向移动，梁体线性因此也发生了变化，减小了桥梁曲率半径；混凝土收缩对预应力也有影响，成为造成预应力损失的一方面原因，但是这个值一般比较小，这样就相当于增大了预应力的径向分力，使得腹板更易遭到破坏。此外，还会造成桥梁在伸缩缝的位置发生横向错位，而是伸缩缝失去作用，严重时时候还会导致伸缩缝处的混凝土受挤压而破坏。混凝土的徐变会造成梁体切向收缩，只对桥轴线造成影响，不改变桥梁的线性结构。

由此可知，在弯桥施工时要特别重视对预应力控制，预应力筋的配置数量、位置要合理，要把握好于预应力筋的张拉时间、张拉控制力。尽量减小因预应力的作用而造成的桥梁问题的出现。

2提高曲线梁桥稳定性的措施

2.1 桥梁设计阶段的措施

2.1.1曲率半径及联长的控制

曲线梁桥选线设计时，尽量采用曲率半径较大的桥梁走线形式，有的时候由于工程地质环境的原因，曲线梁桥的曲率半径无法取得太大，这是可以采用合理选取桥梁的联长，这样可以使曲线梁桥的力学性质尽量向直线桥靠拢。

有的时候为了追求桥梁的美观，而将曲线梁桥的中墩设计成独柱墩的形式，墩顶一般设置单支座，这种支座布置虽然增加了桥梁的美观性但是也使得梁体的抗扭长度增大了，大大的加重了梁端抗扭支座的负担，增加了桥梁的安全隐患。因此，在支座设计中应尽量采用全部布置抗扭双支座的形式。

2.1.3 中间单支座设置预偏心

在某些情况下，桥梁的中间支座不得不采取单支座的形式，为了调节梁体内扭矩的分布，可以对单支座设置预偏心。

一般情况下，无偏心的曲线梁桥的最大扭矩会集中在梁端附近，支座设置了预偏心之后，中间支座的支反力由于偏心会对梁体剪切偏心处产生偏心力矩，这个偏心力矩在端部达到最大，因为这个偏心扭矩的方向正好与无偏心时的梁体内的扭矩相反，所以能达到相互抵消而最终减小总扭矩的作用。

2.2 桥梁使用阶段的措施

2.2.1侧向限位措施

由于温差、混凝土收缩徐变的作用，常常会使使梁体产生较大的横向位移，造成桥梁稳定性的安全隐患。为了限制曲线梁桥的侧移，可以在桥墩上增设限制梁体侧向移动的设施。

如果设置的横向约束刚度太大，会造成较大的横向反力的生成，可能会造成墩梁的局部破坏，因此，一般情况下都是考虑设置弹性的横向约束，比如在箱梁外侧腹板与墩台挡块之间设置橡胶垫块，这种垫块限制了梁体的侧向位移量，而又不会产生太大的横向力，所以能在控制梁体横向位移的同时又不至于对墩梁造成破坏，在实际的以后桥梁加固中使用的比较多。

2.2.2 增加盖梁

增加盖梁的目的只要是为了解决主梁爬移的病害。它首先要保证不改变桥梁已有的体系，然后选择合适的独柱墩，在墩顶除增设盖梁，盖梁外侧需要增加支座的设置。这样就将原本的支撑形式改变为双支撑，从而减轻了扭转作用力，减小了主梁的横向爬移。在安装新支座时，顶升梁体的速度要慢而稳，高度必须严格依照设计的要求：新支座与楔形块、垫石间的高度误差控制在2mm以内，且旧支座必须在新支座之前受力。

2.2.3 支座脱空的加固

在两侧梁端桥台曲线内侧支座处进行加固处理，梁体及桥台上设置刚构件作为承力构件。梁体承力构件及桥台承力构件采用钢拉杆拉紧。

由于钢拉杆有较大的安全度，同时内侧支座脱空值也随着温度时刻变化，在加固施工时，可根据现场预应力张拉与内侧支座处竖向位移的关系来调整预应力钢拉杆的张拉力。