【摘要】本文論述了曲線架橋設(shè)計(jì)過程中所遇到的一些實(shí)際問題，并提出了一些解決方法。介紹了曲線橋梁的受力特點(diǎn)，論述了曲線梁橋調(diào)整墩柱偏心的平衡設(shè)計(jì)方法，分析了不同支承形式和預(yù)應(yīng)力鋼束對(duì)曲線梁橋受力的影響，另外對(duì)曲線梁橋的施工和構(gòu)造要求進(jìn)行了論述。
【關(guān)鍵詞】曲線梁橋 平衡設(shè)計(jì) 最大扭轉(zhuǎn)角 扭轉(zhuǎn)變形 預(yù)應(yīng)力鋼束徑向力
一、概述
目前曲線梁橋在現(xiàn)代化的公路及城市道路立交中應(yīng)用已非常普遍。尤其在立交的匝道設(shè)計(jì)中應(yīng)用最廣。由于受地形、地物和占地面積的影響，匝道的設(shè)計(jì)往往受到多種因素限制。這就決定了匝道橋具有以下特點(diǎn)：首先匝道有別于主干道，所以匝道橋的寬度比較窄，一般匝道多為一或兩車道。寬度在6～11m左右。第二，由于匝道用來實(shí)現(xiàn)道路的轉(zhuǎn)向功能，在城市中立交往往受到占地面積的限制，所以匝道橋多為小半徑的曲線梁橋，平曲線最小半徑可在30m左右，曲線匝道橋上多設(shè)置較大超高值。第三，在大型立交中匝道的規(guī)模有時(shí)也在增大，匝道橋往往設(shè)置較大縱坡，匝道不僅跨越下面的非機(jī)動(dòng)車道，有時(shí)還需跨越主干道，這就增大了匝道橋的長(zhǎng)度。
在曲線梁橋下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為減少占用土地、改善下部結(jié)構(gòu)布局、增加視野和橋形美觀，其下部墩往往往采用獨(dú)柱支承方式。這種形式的曲線梁橋受力狀態(tài)較為復(fù)雜，所以在設(shè)計(jì)過程中，必須對(duì)其結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)有充分的了解，全面綜合考慮各種因素對(duì)主梁及撤往的不利影響。在全國(guó)范圍內(nèi)，此類橋型結(jié)構(gòu)目前已出現(xiàn)多次因設(shè)計(jì)原因而在施工或使用過程中發(fā)生事故；其中有的引起主梁開裂；有的引起墩柱開裂；還有的引起主梁向外偏轉(zhuǎn)或向內(nèi)偏轉(zhuǎn)而使支座脫空；有的已經(jīng)全橋拆除；給國(guó)家造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。
綜上所述，對(duì)于獨(dú)柱支承曲線梁橋的設(shè)計(jì)，必須引起充分重視，并使用空間分析程序?qū)ζ渖舷虏拷Y(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的整體的計(jì)算。下面就曲線梁橋設(shè)計(jì)中遇到的一些實(shí)際問題進(jìn)行分析與論述。
二、獨(dú)柱支承曲線架橋結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)
曲線梁橋受力特點(diǎn)是相對(duì)于直橋而言的，由于主梁的平面彎曲使得下部結(jié)構(gòu)墩往的支承點(diǎn)不在同一條直線上，從而造成曲線梁橋的受力狀態(tài)與直橋有著很大差別。構(gòu)成了其獨(dú)有的受力特點(diǎn)。
首先對(duì)直橋而言，在主梁自重和預(yù)應(yīng)力鋼束作用下，由于荷載是對(duì)稱的，對(duì)主梁并不產(chǎn)生扭矩和扭轉(zhuǎn)變形。但是在曲線梁橋中，由于自重和預(yù)應(yīng)力荷載作用所產(chǎn)生的扭矩和扭轉(zhuǎn)變形是不容忽視的，預(yù)應(yīng)力鋼束徑向力產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)作用相當(dāng)大。在大曲率、較大跨徑的曲線梁橋中，主梁組合最大扭矩值有時(shí)可達(dá)縱向最大彎矩值的50％以上。
由于橋梁下部結(jié)構(gòu)采用獨(dú)柱支承方式，因此交承點(diǎn)的位置對(duì)結(jié)構(gòu)受力尤為重要。此外由于獨(dú)柱支承曲線梁橋中門支點(diǎn)抗扭能力弱，所以必須在橋梁兩端部設(shè)置抗扭支承，以增加橋梁的整體穩(wěn)定性。由于主梁的扭轉(zhuǎn)傳遞到梁端部時(shí)，會(huì)造成端部各支座橫向受力分布嚴(yán)重不均，甚至使支座出現(xiàn)負(fù)反力。還有汽車荷載的偏心布置及其行使時(shí)的離心力，也會(huì)造成曲線梁橋向外偏轉(zhuǎn)并增加主梁扭矩和扭轉(zhuǎn)變形。
綜合以上曲線梁橋受力特點(diǎn)，故在獨(dú)柱支承曲線梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行全面的整體的空間受力計(jì)算分析，只采用橫向分布等簡(jiǎn)化計(jì)算方法，不能滿足設(shè)計(jì)要求。必須對(duì)其在承受縱向彎曲、扭轉(zhuǎn)和翹曲作用下，結(jié)合自重、預(yù)應(yīng)力和汽車活載等荷載進(jìn)行詳細(xì)的受力分析，充分考慮其結(jié)構(gòu)的空間受力特點(diǎn)才能得到安全可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
三、下部支承方式對(duì)曲線梁橋內(nèi)力影響
曲線梁橋的不同支承方式，對(duì)其上、下部結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響非常大，根據(jù)其結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)一般采用的支承方式為：
1．在曲線梁橋兩端的橋臺(tái)或蓋梁處采用兩點(diǎn)或多點(diǎn)支承的支座，這種支承方式可有效地提高主梁的橫向抗扭性能，保證其橫向穩(wěn)定性。
2．在曲線梁橋的中墩支承處可采用的支承形式很多，應(yīng)根據(jù)其平面曲率、跨徑、墩柱截面和墩柱高度及預(yù)應(yīng)力鋼束作用力的不同來合理地選用支承方式。經(jīng)常采用的支承方式有：
（1）墩頂采用方板或圓板橡膠支座，這種方式適用于中墩支反力10000kN以下曲線梁橋梁，板式橡膠支座能夠提供一定的抗扭能力，對(duì)梁有較弱的扭轉(zhuǎn)約束，水平方向容許有剪切變形。
（2）對(duì)于中墩支反力接近或超過10000kN的曲線梁橋可采用單向、多向活動(dòng)或固定的盆式支座或球形支座。這種支座可根據(jù)其受力需要固定或放開某方向的水平約束，但是這種支座對(duì)主梁的扭轉(zhuǎn)沒有約束，這時(shí)主梁在橫向和縱向可自由扭轉(zhuǎn)。
（3）采用雙柱中墩，或在選用矩形寬柱上設(shè)置雙點(diǎn)支承。這種支承方式對(duì)主梁可提供較大的扭轉(zhuǎn)約束。
（4）采用獨(dú)柱墩頂與梁固結(jié)的方式，墩柱可承擔(dān)一部分主梁扭矩，對(duì)主梁的扭轉(zhuǎn)變形有一定約束。
采取不同的支承方式對(duì)曲線梁橋的上、下部結(jié)構(gòu)受力影響很大，針對(duì)不同的橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)選用對(duì)結(jié)構(gòu)受力有利的支承方式。通過以往的曲線梁橋設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不同的支承方式主要影響主梁的扭矩值和扭矩沿梁縱向的分布規(guī)律，以及主梁的扭轉(zhuǎn)變形和墩柱的受力狀態(tài)。下面將舉例說明不同支承方式對(duì)曲線梁橋的受力影響。
例1某曲線梁橋（圖1），橋梁跨徑為30*2＋33＋30*2＋20＝173m，中段有R＝33m（橋梁中線）的圓曲線段，最大圓心角為183°，整個(gè)橋梁位于道路回頭曲線內(nèi)。橋梁橫截面為單箱單室箱形預(yù)應(yīng)力混凝土梁，梁高1．65m，中墩全部采用獨(dú)柱，墩柱頂部放置板式橡膠支座。設(shè)計(jì)中采用空間計(jì)算程序進(jìn)行了詳細(xì)的受力分析，其中對(duì)各中墩單點(diǎn)支承和雙點(diǎn)支承（支
座間距2.5m）兩種結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了計(jì)算比較，下面是兩種結(jié)構(gòu)的扭矩圖（圖2）。
從圖中可以看出：①采用雙點(diǎn)支承時(shí)，在主梁的自重作用下，扭矩值較單點(diǎn)支承時(shí)的值最大可小30％，說明雙點(diǎn)支座可有效減小主梁自重扭矩；②雙點(diǎn)支承時(shí)，預(yù)應(yīng)力作用下，扭矩值較單點(diǎn)支承的值增大很多，而且扭矩分布規(guī)律也發(fā)生了變化，說明雙點(diǎn)支承增大了主梁預(yù)應(yīng)力所產(chǎn)生的扭矩；③在主梁自重與預(yù)應(yīng)力荷載的合成扭矩仍然是雙點(diǎn)支承的大。當(dāng)然這種規(guī)律對(duì)所有橋梁不一定有普遍性。
例2某立交匝道橋，此橋梁為一獨(dú)柱支承的三跨預(yù)應(yīng)力曲線梁橋，橫截面為單箱單室的箱形，墩柱與梁固結(jié)，墩柱直徑1.5m。墩柱頂部為一擴(kuò)大截面（圖3），此橋在張拉完鋼束拆除施工支架后墩柱出現(xiàn)大量裂縫，造成墩柱破壞，主梁雖然未有破壞但橋梁已無(wú)法使用，現(xiàn)以全部拆除。
分析其破壞原因，此橋在墩柱支承設(shè)計(jì)上存在著缺陷，由于墩柱高度在6m左右，墩往剛度較大，而且墩柱頂部又采用了擴(kuò)大截面，使得墩柱有效長(zhǎng)度變短，更加增大了墩柱剛度，同時(shí)由于頂部截面的擴(kuò)大使得主梁扭轉(zhuǎn)對(duì)墩柱更不利，所以在預(yù)應(yīng)力的徑向力作用下，墩柱的彎矩超過了其本身的承受能力，造成墩柱破壞。設(shè)計(jì)時(shí)又未對(duì)橋梁進(jìn)行空間計(jì)算分析，形成了設(shè)計(jì)缺陷，造成橋梁事故。這可說是支承方式設(shè)計(jì)不合理的一個(gè)例子。
根據(jù)以往的曲線梁橋設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和對(duì)幾座曲線梁橋事故的分析，在曲線梁橋選擇支承方式時(shí)，提出以下幾點(diǎn)意見，供設(shè)計(jì)參考：
（1）對(duì)于輕寬的橋（約橋?qū)払＞12m）和曲線半徑較大（一般R＞70m）的曲線梁橋，由于主梁扭轉(zhuǎn)作用較小，橋體寬要求主梁增加橫向穩(wěn)定性，故在中墩宜采用具有抗扭較強(qiáng)的多柱或多支座的支承方式，亦可采用墩柱與梁固結(jié)的支承形式。
（2）對(duì)于輕窄的橋（約橋?qū)?B＜ 12m）和曲線半徑較小（一般約 R＜70m）的曲線梁橋，由于主梁扭轉(zhuǎn)作用的增加，尤其在預(yù)應(yīng)力鋼束徑向力的作用下，主梁橫向扭矩和扭轉(zhuǎn)變形很大。由于橋窄因此易采用獨(dú)柱墩，但在選用支承結(jié)構(gòu)形式時(shí)應(yīng)視墩柱高度不同而確定。在較高的中墩（一般約H＞8m）可采用墩柱與梁固結(jié)的結(jié)構(gòu)支承形式。在較低的中墩（一般約
H＜8m）可采用具有較弱抗扭能力的單點(diǎn)支承的方式。這樣可有效降低墩柱的彎短和減小主梁的橫向扭轉(zhuǎn)變形。但這兩種交承方式都需對(duì)橫向支座偏心進(jìn)行調(diào)整。
（3）我國(guó)現(xiàn)行的橋梁規(guī)范還未對(duì)曲線梁橋最大扭轉(zhuǎn)變形作出限制的規(guī)定。經(jīng)過對(duì)幾座曲線梁橋破壞的分析，為保證其安全，在設(shè)計(jì)曲線形梁橋時(shí)，應(yīng)對(duì)其在恒載加酒載的最大扭轉(zhuǎn)變形值加以控制。
（4）墩柱截面的合理選用。當(dāng)采用墩柱與梁固結(jié)的支承形式時(shí)就必須注意墩柱的彎矩變化。在主梁的扭轉(zhuǎn)變形過大同時(shí)墩柱彎矩也很大（一般墩柱較矮）的情況下，采用圓形截面墩柱固結(jié)是不經(jīng)濟(jì)的。首先，墩柱受力過大配筋不易通過，僅僅加大墩柱直徑，會(huì)使墩柱剛度增加很多，在預(yù)應(yīng)力徑向力作用下墩柱徑向彎短和在溫度荷載作用下縱向彎矩都會(huì)增加，合成后的彎矩會(huì)更大，更不利于墩柱受力。其次，圓形截面墩柱對(duì)主梁的扭轉(zhuǎn)約束相對(duì)較小，不利于減小主梁的扭轉(zhuǎn)變形。
但對(duì)于上述情況的曲線梁橋如采用扁高矩形截面墩柱時(shí)，就可有效避免以上不利情況的發(fā)生。因?yàn)楸飧呔匦谓孛嫜刂髁嚎v向抗彎剛度較小，而沿主梁橫向抗彎剛度較大，這樣既減小了墩柱的配筋又降低了主梁的橫向扭轉(zhuǎn)變形，更適合其受力特點(diǎn)，從而達(dá)到墩柱與主梁兩全其美的效果。
（5）在曲線梁橋的中墩和橋臺(tái)處不應(yīng)全部設(shè)置為活動(dòng)支座，應(yīng)至少設(shè)置兩個(gè)中墩多向固定支座，在橋臺(tái)于主梁側(cè)面立設(shè)置防側(cè)滑裝置。這一點(diǎn)主要是因?yàn)椴捎脹]有水平位移約束的活動(dòng)支座時(shí)，曲線梁在汽車活載的離心力和制動(dòng)力長(zhǎng)期反復(fù)作用下容易產(chǎn)生主梁向曲線外側(cè)及汽車制動(dòng)力方向的水平錯(cuò)位（圖4），一般匝道橋都是單方向行使，所以這種作用力總是朝著固定方向。當(dāng)中墩采用多向活動(dòng)的盆式支座或球形支座時(shí)，在主梁縱坡的影響下，主梁易產(chǎn)生向下的滑動(dòng)（圖5），這種滑動(dòng)與汽車制動(dòng)力一致時(shí)就更加劇了主梁的水平錯(cuò)位。這
種變形如任其發(fā)展下去是十分危險(xiǎn)的，由于主梁的偏移改變了各支承與主梁的原有位置，使主梁向外偏轉(zhuǎn)傾向更加嚴(yán)重，主梁扭矩也在增加，如不及時(shí)處理，嚴(yán)重時(shí)可使主梁滑落。
（6）曲線梁橋在進(jìn)行邊墩蓋梁和支座設(shè)計(jì)時(shí)，由于其橫向各支座反力相差較大，所以對(duì)邊墩各支座反力應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)空間計(jì)算后確定，這樣才能計(jì)算出反力的最不利值，同時(shí)避免邊支座產(chǎn)生負(fù)反力，才能滿足設(shè)計(jì)要求。只使用平面桿系程序計(jì)算出支點(diǎn)總反力后橫向平均到各個(gè)支座上的方法，不適合曲線梁橋。
四、調(diào)整支座偏心改善曲線梁橋受力的平衡設(shè)計(jì)
平衡設(shè)計(jì)的原理適用于任何結(jié)構(gòu)體系，一個(gè)結(jié)構(gòu)首先要到達(dá)自身的平衡。這樣它才會(huì)處于最穩(wěn)定狀態(tài)，才有能力抵抗更不穩(wěn)定的活荷載。反之當(dāng)結(jié)構(gòu)本身就處于一種不穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，再遇到不利的活荷載，那么，結(jié)構(gòu)的安全性就會(huì)受到挑戰(zhàn)。
對(duì)于一個(gè)橫橋向?qū)ΨQ的正直橋來說，在對(duì)稱的下部結(jié)構(gòu)支承的情況下，其本身已經(jīng)處于自身的平衡狀態(tài)。在自重和預(yù)應(yīng)力荷載作用下，各個(gè)梁的內(nèi)力分布和位移變形是一致的，雖然數(shù)值上有差別但是微小的，只有在活載的作用下對(duì)各梁才會(huì)產(chǎn)生橫向不均勻的內(nèi)力和位移，對(duì)主梁才會(huì)產(chǎn)生扭矩和扭轉(zhuǎn)變形。活載消失后主梁又恢復(fù)其平衡狀態(tài)。
對(duì)于曲線梁橋，情況就不一樣了，如果中間各墩的支承位置也像直橋那樣布置在橋梁中線上，那么，由于平面曲率的影響，曲線梁在自重和預(yù)應(yīng)力荷載作用下，內(nèi)外梁（肋）會(huì)產(chǎn)生向上或向下的不均勻變形，也就是說會(huì)使主梁發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，實(shí)踐證明這種變形是相當(dāng)大的，是用肉眼能直接觀察到的變形，有的可使梁端部支座脫空幾厘米。在活載作用下這種變形
會(huì)加大，雖然有足夠的抗扭配筋，對(duì)這種結(jié)構(gòu)如不進(jìn)行處理，也會(huì)造成重大橋梁事故。但是這種情況可在設(shè)計(jì)時(shí)采取措施加以避免，其中最經(jīng)濟(jì)而又有效的方法就是調(diào)整中間交座的橫向位置，使支座向與曲梁扭矩相反的方向偏移一定的距離，以使曲線梁達(dá)到類似直梁的平衡狀態(tài)。
如何調(diào)整墩柱偏心才算是合理的設(shè)計(jì)呢？首先分析在橋梁在活載作用之前，產(chǎn)生主梁扭轉(zhuǎn)變形的因素主要有兩種：一是曲線梁的自重（包括鋪裝和欄桿），二是預(yù)應(yīng)力鋼索平彎的徑向力作用。一般的文獻(xiàn)推薦的方法為，通過調(diào)整支座偏心從而調(diào)整主梁扭矩峰值和扭矩分布，使主梁最大扭矩與最小扭矩接近相等。這種方法認(rèn)為主梁扭矩調(diào)整到滿足以上要求時(shí)即是墩柱偏心調(diào)整到位。本文作者認(rèn)為此種方法有其不妥之處：首先是主梁扭矩值的大小主要取決于主梁的跨徑、截面抗扭剛度和主梁的平面曲率大小。通過計(jì)算分析支座偏心值在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，對(duì)于主梁扭矩值影響不大。例如對(duì)于某曲線梁橋中墩支座分別偏心20cm和25cm時(shí)，主梁扭矩值的變化不足5％。其次只調(diào)整主梁扭矩而忽略了主梁的扭轉(zhuǎn)變形這一重要因素是不全面的。一根曲線梁雖然扭矩值滿足設(shè)計(jì)要求，但是并不一定達(dá)到了其真正的平衡狀態(tài)，仍然會(huì)使主梁產(chǎn)生很大的扭轉(zhuǎn)變形。現(xiàn)在有很多曲線梁橋在施工階段就產(chǎn)生主梁向外偏轉(zhuǎn)或向內(nèi)偏轉(zhuǎn)，主要就是這種原因造成的，在設(shè)計(jì)中只注意到了梁的扭矩而忽略了控制它的扭轉(zhuǎn)變形。
調(diào)整墩柱支承位置使主梁在自重和預(yù)應(yīng)力荷載作用下的扭轉(zhuǎn)變形最小，同時(shí)注意梁端的支座處不產(chǎn)生脫空現(xiàn)象，這樣才會(huì)使主梁整體上達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài)。具體調(diào)整方法既是計(jì)算出曲線梁在自重和預(yù)應(yīng)力荷載作用下的扭轉(zhuǎn)角，通過調(diào)整墩柱偏心，使支點(diǎn)和跨中截面的扭轉(zhuǎn)角接近相等（一般方向相反），同時(shí)控制主梁各截面的扭轉(zhuǎn)角和扭矩值，這樣可使主梁被調(diào)整到最佳平衡狀態(tài)。
墩柱偏心的方向?qū)τ诓煌Y(jié)構(gòu)形式的曲線梁橋是不一樣的。偏移值應(yīng)按橋梁曲率、跨徑和預(yù)應(yīng)力鋼束在主梁內(nèi)的布置通過空間結(jié)構(gòu)計(jì)算確定。對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土曲線梁橋來說，由于預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的扭矩（詳見五）與自重扭矩方向一致都是向曲線外側(cè)（遠(yuǎn)離圓心方向）
偏轉(zhuǎn)，所以墩柱應(yīng)向曲線外側(cè)偏移。例如，某曲線梁橋各個(gè)墩柱分別向外偏移不同的值（見圖1）。對(duì)于鋼箱-混凝土組合梁來說情況就復(fù)雜一點(diǎn)，因?yàn)槎罩囊胶獾氖侵髁汉爿d和預(yù)應(yīng)力荷載合成后的扭矩，鋼箱-混凝土組合梁的預(yù)應(yīng)力扭矩是向曲線內(nèi)側(cè)偏移（詳見五），而恒載扭矩是向外偏轉(zhuǎn)，兩者方向相反。當(dāng)合成后的扭矩是向內(nèi)偏轉(zhuǎn)時(shí)墩柱應(yīng)向曲線內(nèi)側(cè)偏移，反之則墩柱應(yīng)向曲線外側(cè)偏移。
五、預(yù)應(yīng)力鋼束對(duì)曲線橋梁內(nèi)力的影響
相對(duì)于主梁來說預(yù)應(yīng)力鋼束的作用力是作為外力施加在主梁上，那么主梁既然受到外力作用自然會(huì)產(chǎn)生相抵抗的內(nèi)力。由于主梁的幾何形狀和預(yù)應(yīng)力鋼束的幾何線形是多樣的不規(guī)則的，所以曲線梁橋在預(yù)應(yīng)力荷載作用下的內(nèi)力也是非常復(fù)雜的。預(yù)應(yīng)力對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的作用有些是有利的，而有些是有害的。如設(shè)計(jì)失誤嚴(yán)重時(shí)預(yù)應(yīng)力也可造成橋梁結(jié)構(gòu)的破壞。所以分析清楚預(yù)應(yīng)力對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)尤其是對(duì)更復(fù)雜的曲線梁橋結(jié)構(gòu)的影響是極其重要的問題。
預(yù)應(yīng)力鋼束與曲線梁的相互作用形成了一個(gè)空間的受力體系。在主梁豎向和水平面方向預(yù)應(yīng)力鋼束對(duì)主梁的作用力可簡(jiǎn)化為兩種，一種是軸向壓力Ny，另一種是曲線形鋼束對(duì)主梁的均布力Qy（圖6）。對(duì)于預(yù)應(yīng)力鋼束的豎向彎曲這里不再贅述，只分析鋼束平面彎曲對(duì)橋梁的內(nèi)力影響。預(yù)應(yīng)力鋼束任意一點(diǎn)的徑向分布力Qy=
Ry ／R，所以鋼束徑向力與鋼束張拉力和其平曲線半徑有關(guān)。可以看出曲線半徑越小的橋梁，鋼束產(chǎn)生的徑向力就越大，但對(duì)具有較大半徑配有大量預(yù)應(yīng)力鋼束的曲線梁橋，也不能忽視預(yù)應(yīng)力的影響。
曲線梁橋的預(yù)應(yīng)力鋼束不僅有平面彎曲同時(shí)還有沿梁高度方向的豎向彎曲，這樣預(yù)應(yīng)力鋼束徑向力的作用點(diǎn)總是沿梁高度方向在變化。當(dāng)其作用點(diǎn)位于主梁截面剪切中心以上或以下時(shí)，鋼束徑向力就會(huì)對(duì)主梁產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)作用（圖7），位于截面剪切中心以上的鋼束徑向力產(chǎn)生的扭矩方向與位于截面剪切中心以下的鋼束徑向力產(chǎn)生的扭矩方向是相反的。兩者的扭矩之和構(gòu)成了預(yù)應(yīng)力鋼束對(duì)曲線梁的整體扭轉(zhuǎn)作用。當(dāng)MT上大于MT下時(shí)，主梁就產(chǎn)生向圓心方向的扭轉(zhuǎn)，反之主梁則產(chǎn)生背離圓心方向的扭轉(zhuǎn)。這樣預(yù)應(yīng)力鋼束就會(huì)引起曲線梁的向內(nèi)偏轉(zhuǎn)或向外偏轉(zhuǎn)的情況。
預(yù)應(yīng)力混凝土曲線梁往往產(chǎn)生向外偏轉(zhuǎn)的情況，這是其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)造成的。任何橋梁的主梁都是以受彎為主的構(gòu)件，所以預(yù)應(yīng)力鋼束應(yīng)首先滿足縱向彎矩的受力要求。從連續(xù)梁的設(shè)計(jì)彎矩包絡(luò)圖（圖8）可以看出正彎矩區(qū)段的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于負(fù)彎矩區(qū)段的長(zhǎng)度，所以相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力鋼束重心位于主梁底部的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于位于主梁頂部的長(zhǎng)度。這使得預(yù)應(yīng)力徑向力產(chǎn)生的扭矩MT下大于MT上，所以預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的總扭矩是向曲線外側(cè)翻轉(zhuǎn)的。
預(yù)應(yīng)力鋼箱-混凝土組合曲線梁往往產(chǎn)生向內(nèi)偏轉(zhuǎn)的情況。因混凝土橋面板位于梁頂部，預(yù)應(yīng)力鋼束全部配置在橋面板內(nèi)，所有鋼束重心均位于剪切中心上方，使得預(yù)應(yīng)力徑向力產(chǎn)生的扭矩只有MT上，所以預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的總扭矩是向曲線內(nèi)側(cè)翻轉(zhuǎn)的（圖9）。
六、曲線梁橋其他問題及構(gòu)造要求
在曲線梁橋設(shè)計(jì)中，計(jì)算分析是十分必要的，但是構(gòu)造要求和施工方法是使橋梁達(dá)到安全使用的可靠保證。
曲線箱梁橋的橫隔板的設(shè)置要比相應(yīng)的直橋有所加強(qiáng)，如果不適當(dāng)?shù)脑O(shè)置內(nèi)橫隔板、橫截面的畸變引起的畸變應(yīng)力可能會(huì)超過受彎正應(yīng)力。
曲線梁橋的預(yù)應(yīng)力鋼束徑向力是很大的，尤其對(duì)小半徑曲線梁橋作用更大。設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮其對(duì)主梁腹板曲線內(nèi)側(cè)混凝土的壓力，這種壓力可引起腹板崩裂和鋼束崩出主梁。必須在腹板內(nèi)設(shè)置足夠數(shù)量的防崩鋼筋。
對(duì)于大曲率的曲線梁，調(diào)整墩柱偏心后仍不能消除主梁扭轉(zhuǎn)引起支座負(fù)反力時(shí)，可根據(jù)扭轉(zhuǎn)方向采取在主梁內(nèi)側(cè)或外側(cè)加配重混凝土的方法予以解決，配重混凝土為大容重鋼渣混凝土，容重可達(dá)40～50kN／立方米。也可采用拉力支座。
橋?qū)捿^窄的曲線梁橋宜加大箱體寬度縮小懸臂寬度，以增加主梁抗扭性能。
曲線梁橋在溫度作用下的位移由于梁的平面彎曲已不是按直線變化，梁端伸縮縫也要求既能沿縱向伸縮又能沿橫向伸縮，選用伸縮縫的伸縮量應(yīng)比相同跨徑的直橋要大。
曲線梁橋的鋼筋布置要求使截面具有抗扭能力，箱梁底板上下層橫向筋、頂板上下層橫向筋及腰板箍筋要相互搭接從而構(gòu)成一個(gè)封閉的抗扭矩形。
由于曲線梁橋的預(yù)應(yīng)力損失較大，所以，它在主梁中段處增配短預(yù)應(yīng)力鋼束。
曲線梁橋的施工要按曲線梁橋的受力特點(diǎn)來設(shè)計(jì)，對(duì)分段施工的主梁，由于其在形成整體前還不具有抗扭能力，所以應(yīng)在曲線梁分段處和支點(diǎn)處使用具有抗扭能力的強(qiáng)力支架。對(duì)整體現(xiàn)澆的混凝土曲線梁應(yīng)在其外側(cè)箱體范圍進(jìn)行支架加強(qiáng)，以抵抗張拉預(yù)應(yīng)力鋼束后引起的支架反力的增加。為避免懸臂根部下緣在主梁扭轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生裂縫，因此在箱梁的懸臂處不宜使用強(qiáng)力支架。
六、結(jié)束語(yǔ)
影響曲線梁橋結(jié)構(gòu)的因素很多，還有很多難題尚有待進(jìn)一步研究。以上僅為本人在參加曲線梁橋設(shè)計(jì)和處理一些曲線梁橋工程問題中學(xué)習(xí)和總結(jié)出的幾點(diǎn)體會(huì)，僅供設(shè)計(jì)同行參考，不對(duì)之處，懇請(qǐng)指正。
本文在編寫過程中得到北京市政設(shè)計(jì)研究總院總工程師羅玲，副總工程師沈中治、包琦瑋和北京工業(yè)大學(xué)趙超燮教授的熱心指導(dǎo)與鼓勵(lì)，特此向他們表示衷心的感謝。
參考文獻(xiàn)
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[2]孫廣華．曲線梁橋計(jì)算．北京：人民交通出版社，1997.11
