曲线钢箱梁抗倾覆的结构及受力特点

曲线钢箱梁抗倾覆的结构及受力特点摘要：本文介绍了曲线钢箱梁的结构型式和主要特点，以及其支承设计、支座反力分析和曲线钢箱梁的柱墩连接设计，最后对支座反力的计算步骤进行了详细阐述。

关键词：曲线钢箱梁；结构；设计；计算1、工程简介长春市两横两纵快速路系统工程之西部快速路（青年路—普阳街—春城大街—宽平大路—前进大街）的道路主线交汇位置的钢箱梁，共有四部分组成：①N主线桥N36#～N42#墩钢箱梁；②S匝道S6#—S9#墩钢箱梁；③R 匝道R16#—R26#墩钢箱梁。

④P匝道P15#—P19#墩钢箱梁；P线匝道跨越N主线和R匝道，为互通区跨径最长（75m）跨越高度最高（25米）的钢箱梁。

互通区钢箱梁分布图P匝道钢箱梁横截面示意图2、曲线钢箱梁的结构型式P15#—P19#墩钢箱梁为四跨（52m+75m+75m+52m）等截面钢箱梁，钢桥材质为Q345QE，箱梁高度为3米，钢箱梁平面位于曲线、缓和曲线和直线段内，钢箱梁的横截面由两个箱室组成，箱梁的两侧有飞翼状的挑檐，箱梁的总宽度为9.66米。

桥梁的平曲线圆弧半径为R=155m,桥面设有1.5﹪的横坡和3.8﹪-2.9﹪的纵坡。

3、曲线钢箱粱主要特点P线曲线钢箱梁最长跨径70m，满足了互通区的总体布置要求。

对于这些中等跨径的桥梁可选用等高度的箱粱截面。

钢箱梁相对于混凝土连续梁结构，钢结构自重较轻，远小于混凝土连续结构。

钢材具有较高的拉压性能，容易通过调整钢板的厚度来满足弯矩分布的不规则，梁的高度和跨径能够较好地适应总体布置的需要；钢箱梁的加工采取工厂化加工制作、现场临时墩支撑、吊车就位、节段之间采用与母材等强全溶透的焊连接方法，方便快捷，不影响交通；钢箱粱加工虽然复杂，技术要求高，需要专业的加工队伍，但是现场施工周期短，满足了施工质量和总体进度的需要。

4、支承设计P线匝道桥为四跨双箱钢箱梁，全桥长254m, ，钢箱梁平曲线为圆曲线和缓和曲线组成，箱梁的曲率半径为155m,桥面宽10m，箱梁产生的活载扭矩在梁的两端很大。

曲线梁桥的受力特点和分析方法摘要：由于在经济和审美上的优势，曲线梁桥被广泛应用于现代公路立交系统。

曲线梁的竖曲和扭转耦合，由于结构上的特点，相对于直梁桥而言，曲线梁的分析更为复杂。

本文对弯道梁桥的受力特点进行了介绍，并总结了分析弯道梁桥的有关理论。

关键词：曲线梁桥；弯扭耦合；支承体系；有限元法引言曲线梁桥是指主梁本身为弧形的弯曲桥梁。

由于其独特的线形，曲线梁桥突破了多种地形的限制，同时在高速公路、山地公路、城市桥梁等方面，由于其优美的曲线造型而得到了更快的发展。

曲线梁桥具有现实意义，发展前景非常看好，无论从几何角度、美学角度，还是从经济角度，都是如此。

1曲线桥梁受力特性1.1弯扭耦合作用由于受弯曲率的影响，当竖向弯曲时，曲线梁截面必然会产生扭转，而这种扭转又会导致梁的挠曲变形，这种挠曲变形被称为“弯扭耦合作用”。

对于弯道梁桥的设计，相对于直线型梁桥来说，要特别注意，因为弯道扭力耦合作用所产生的附加扭力，会使梁体结构产生较不利的受力条件，从而增加结构的挠曲变形。

值得注意的是，由于自重在使用荷载下占绝大多数，对于混凝土曲线箱梁桥而言，也会导致更明显的弯扭耦合。

由于弯道梁桥沿弯梁的线形布置支承不成直线，因此由于弯道外侧较重，导致桥体恒载重心相对于形心向外偏移。

曲线梁在自重的作用下，也会产生扭转和扭曲的变形，从而使曲线桥发生翻转，出现匍匐的现象，这就是曲线梁在自重的作用下产生的变形[1]。

1.2曲线梁内外侧受力不均匀曲线桥因弯曲和扭动耦合作用，变形大于同跨径的直线桥，且曲率半径越小、桥越宽，因此其简支曲线梁外缘的挠度比内缘大，这种变化趋势是显而易见的。

曲线梁桥体具有向外扭转的较大扭力、弯曲扭力耦合和偏载作用的可能。

扭转作用会越来越明显，曲率半径越小、跨度越大的曲线梁桥甚至会引起抗扭支座内侧支座产生空心现象，这种情况在抗扭转支座的内部支座上会产生空心现象，这种情况的发生曲线桥的支点反力与直线桥相比，有一种倾向，它的外侧会变大、内侧会变小，甚至在内侧产生负反力。

S型曲线钢箱梁桥空间受力特性研究随着社会经济和交通科技的快速发展，曲线钢箱梁桥由于其结构自重轻、建筑高度小、受力性能好、制作精度高、施工周期短等优点，广泛应用于高速铁路、高速公路、城市快速路及其他各等级桥梁工程之中[1]，发展前景广阔。

然而曲梁自身的力学特性较直梁更为复杂，且钢箱梁又为典型的空间薄壁构件，在弯扭耦合作用下，曲线连续钢箱梁即使由恒载引起的应力分布也较为复杂，实际工程中便曾出现对其受力情况分析不全面而引发的的坍塌事故。

S型曲线连续钢箱梁桥则存在更为复杂的弯扭耦合效应，并因此引发较大的截面扭转、支座反力不均等现象，其纵横向剪力滞效应也更为显著[2]。

而既有桥梁剪力滞研究多集中在混凝土箱梁方面，基于实体单元分析曲线连续钢箱梁剪力滞效应的文献相对较少[3]，同时也缺乏其剪力滞系数沿全桥纵向的变化规律研究。

此外，虽然也可采用正交异性板法[4]、比拟杆法[5]、能量变分法[6-8]等对其力学行为进行分析，但计算较为复杂，不便于工程应用。

故有必要对该类桥梁的实际空间受力特性进行仿真分析，对其应力分布及剪力滞效应有更清楚的认识，以确定出结构在最不利工况之下的最不利部位，从而指导该类桥梁的设计和施工。

本文针对曲线梁桥的空间效应和剪力滞问题展开研究，以S型曲线钢箱梁桥作为分析对象，首先根据有限元理论，采用Midas考虑翘曲变形的七自由度梁单元和Ansys软件的Shell181壳单元，对一座四跨S型曲线连续钢箱梁桥进行全桥空间精细化仿真建模，以减少传统简化计算时因自由扭转假设、边界条件假设及横向尺寸效应假设等所引起的失真，从而对其空间受力特性进行更为可靠的分析，研究其在不同荷载作用之下的结构位移、截面应力、支座反力及自振特性，并找出结构的最不利部位及其应力分布规律。

为进一步研究其剪力滞效应，本文基于Ansys计算结果对该桥各关键截面顶板的剪力滞效应展开分析，得出其剪力滞系数的纵横向变化规律，为今后类似桥梁的设计提供参考。

小半径曲线梁桥受力特性及设计对策作者：杨世荣来源：《中国新技术新产品》2010年第12期摘要:本文通过对曲线梁桥的内力和病害的分析,讨论了曲线梁桥的设计与直线梁桥的设计的区别,重点探讨小半径曲线梁桥的设计要点以及避免病害产生的设计对策。

关键词:小半径;曲线桥梁;直线桥梁;病害1 内力、变形特征和病害对于直线桥,在主梁自重和预应力钢束作用下,由于荷载在横向是对称的,对主梁并不产生扭矩和扭转变形,仅活荷载的偏心会产生扭矩和扭转变形。

但是在曲线梁桥中,自重、预应力和活荷载作用所产生的扭矩和扭转变形是不容忽视的。

预应力钢束径向力产生最大扭矩值可达纵向最大弯矩值的50%以上。

另外,由于桥梁下部结构往往采用独柱支承方式,抗扭能力较弱,所以须在桥梁两端部设置抗扭支承,以增加桥梁的整体稳定性。

主梁的扭矩造成端部支座横向受力严重不均,甚至使一侧支座出现负反力。

由于曲线梁桥与直线桥内力和变形的差别,造成曲线梁桥一些独特的病害:1.1 曲线梁桥在温度变化的长期作用下,因两端的约束较大,其中间部分会在平面内缓慢向外侧移动和转动。

升温时,会出现朝圆心向外的侧向位移Ai,降温时出现朝圆心向内的侧向位移△。

,如果支座位置和形式设置不合理,在降温时,由于重力及支座的摩擦约束,使A1>A2。

如此年复一年,整个梁体不断向外移动,移动到一定量后,其后果是不言而喻的。

1.2 预应力混凝土曲线箱梁在张拉纵向力筋时,腹板中产生横向分力,易使腹板混凝土裂缝,其原因是产生径向水平压力使钢筋混凝土腹板超载(其实在预应力钢束附近基本是素混凝土),超载可能造成混凝土破坏,严重者将使混凝土崩裂,预应力钢束拉直,并从腹板内溢出。

1.3 支座布置、墩柱形式、支撑横向间距布置的不合理,造成支座过早的破坏,甚至引起墩柱开裂。

其原因,是梁体在自重、预应力以及外部荷载的作用下引起的扭转和翘曲造成的。

2 直、曲梁桥的计算的差别及分界深圳市华强立交A匝道第三联在投入使用两年后曲线梁桥突然向外移动和向外侧翻转,曲线梁体径向最大位移为47cm,切向最大位移为16cm,扭转达2.42。

第１９卷第２期２０２１年４月水利与建筑工程学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ．１９Ｎｏ．２Ａｐｒ．，２０２１ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－１１４４．２０２１．０２．０２５收稿日期：２０２０ １０ ０３ 修稿日期：２０２０ １１ ０７作者简介：车铁成（１９７６—），男，工程师，主要从事建筑工程管理工作。

Ｅ ｍａｉｌ：４３５６２９１８＠ｑｑ．ｃｏｍ通讯作者：邓　涛（１９９７—），男，硕士研究生，研究方向为桥梁工程。

Ｅ ｍａｉｌ：８４１４４８３９７＠ｑｑ．ｃｏｍ小半径曲线钢箱梁桥顶推施工箱梁横向倾覆稳定性研究车铁成１，邓　涛２，王　巍１，龚洪苇２，周越良２（１．浙江华东工程咨询有限公司，浙江杭州３１００１４；２．成都理工大学环境与土木工程学院，四川成都６１００５９）摘　要：目前曲线箱梁桥顶推施工在工程实际中得到了广泛应用，相对于直线桥，顶推中小半径曲线桥的箱梁受力更为复杂，箱梁体易发生横向倾覆，应该加以高度重视。

为此，以一小半径曲线钢箱梁桥为工程背景，应用箱梁横向倾覆稳定系数计算方法，针对施工中最不利工况，在顶推施工过程中的不同阶段悬臂长度与成桥跨数对箱梁稳定的影响，建立小半径曲线箱梁桥计算的有限元模型，初步探讨顶推施工中关键阶段的钢箱梁横向倾覆稳定性。

计算结果表明：施工中的悬臂段长度对结构倾覆稳定性有较大的影响，悬臂段越长，稳定系数越小，结构抗倾覆稳定性能越差；随着成桥跨数的增加，远端支座荷载偏心距随之减小，梁体抗倾覆稳定系数增大。

关键词：曲线钢箱梁桥；顶推施工；横向倾覆稳定性；支座脱空中图分类号：Ｕ４４５．４６２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—１１４４（２０２１）０２—０１４４—０５ＳｔａｂｉｌｉｔｙｏｆＴｒａｎｓｖｅｒｓｅＯｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇｏｆＳｔｅｅｌＢｏｘＧｉｒｄｅｒＢｒｉｄｇｅｗｉｔｈＳｍａｌｌＲａｄｉｕｓＣｕｒｖｅＣＨＥＴｉｅｃｈｅｎｇ１，ＤＥＮＧＴａｏ２，ＷＡＮＧＷｅｉ１，ＧＯＮＧＨｏｎｇｗｅｉ２，ＺＨＯＵＹｕｅｌｉａｎｇ２（１．ＺｈｅｊｉａｎｇＨｕａｄｏｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｎｓｕｌｔｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈａｎｇｚｈｏｕ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ３１００１４，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｅｎｇｄｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ，Ｓｉｃｈｕａｎ６１００５９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐｕｓｈｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｃｕｒｖｅｄｂｏｘｇｉｒｄｅｒｂｒｉｄｇｅｓｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｒａｃｔｉｃｅ．Ｃｏｍｐａｒｅｔｏｔｈｅｓｔｒａｉｇｈｔ ｌｉｎｅｂｒｉｄｇｅ，ｔｈｅｔｏｐｐｕｓｈｓｍａｌｌｒａｄｉｕｓｃｕｒｖｅｂｒｉｄｇｅｂｏｘｂｅａｍｆｏｒｃｅｉｓｍｏｒｅｃｏｍｐｌｅｘ，ｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｂｏｘｂｅａｍｂｏｄｙｉｓｐｒｏｎｅｔｏｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ，ｗｈｉｃｈｓｈｏｕｌｄｂｅｐａｉｄｇｒｅａｔａｔｔｅｎｔｉｏｎ．Ｔｏｔｈｉｓｅｎｄ，ａｓｔｅｅｌｂｏｘｇｉｒｄｅｒｂｒｉｄｇｅｗｉｔｈｓｍａｌｌｒａｄｉｕｓｃｕｒｖｅｗａｓｔａｋｅｎａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅｂｏｘｂｅａｍｌａｔｅｒａｌｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇｓｔａｂｉｌｉｔｙｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｃａｌｃｕｌａ ｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗａｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｃｏｎｓｔｒｕｃｔｔｈｅｍｏｓｔａｄｖｅｒｓｅｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｔｏｐｐｕｓｈｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｄｉｆｆｅｒ ｅｎｔｓｔａｇｅｓｏｆｔｈｅｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｌｅｎｇｔｈａｎｄｂｒｉｄｇｅｓｐａｎｏｎｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｂｏｘｂｅａｍ．Ａｆｉｎｉｔｅｍｅｔａ ｍｏｄｅｌｗａｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅａｓｍａｌｌｒａｄｉｕｓｃｕｒｖｅｂｏｘｂｅａｍｂｒｉｄｇｅｗｈｉｃｈｉｓｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙａｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎｔｈｅｓｔｅｅｌｂｏｘｂｅａｍｈｏｒｉ ｚｏｎｔａｌｔｏｐ ｏｖｅｒｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｌｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｓｅｃｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｈａｓｇｒｅａｔｅｒｉｍｐａｃｔｓｏｎｔｈｅｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｗｈｅｎｔｈｅｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｓｅｃｔｉｏｎｉｓｌｏｎｇｅｒ，ｔｈｅｓｍａｌｌｅｒｔｈｅｓｔａ ｂｉｌｉｔｙｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ｔｈｅｗｏｒｓｅｔｈｅａｎｔｉ ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ａｓｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｂｒｉｄｇｅｓｐａｎｓｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｔｈｅｅｃｃｅｎｔｒｉｃｉｔｙｄｅｃｒｅａｓｅｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙａｔｔｈｅｆａｒ ｅｎｄｂｅａｒｉｎｇ，ａｎｄｔｈｅｂｅａｍ＇ｓａｎｔｉ ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇｓｔａｂｉｌｉｔｙｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｉｎｃｒｅａｓｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｕｒｖｅｄｓｔｅｅｌｂｏｘｇｉｒｄｅｒｂｒｉｄｇｅ；ｊａｃｋｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；ｌａｔｅｒａｌｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇｓｔａｂｉｌｉｔｙ；ｓｕｐｐｏｒｔｖｏｉｄｉｎｇ 近年来，曲线桥梁体倾覆事故不断发生。

曲线钢箱梁桥优化设计分析连续钢箱梁由于具备跨越能力大、施工速度快、可焊性好、容易更换以及施工技术相对比较成熟等突出优势，经常被用于城市立交的匝道橋设计之中。

但曲线梁桥的设计分析也较为复杂，近年来曲线梁桥事故时有发生。

本文从设计角度出发，介绍了曲线桥梁常见病害及其主要防治措施，针对工程实例探讨钢箱梁桥的受力特点及设计要点。

标签：曲线；钢箱梁桥；设计要点引言：随着我国城市化进程的不断加快，汽车保有量在不断增加，而为了有效保障交通的通畅，减轻车辆拥堵所带来的城市病，在很多大中型城市中都出现了不同规模的立交桥。

由于城市用地紧张，地下管线错综复杂，经常会出现小半径曲线钢箱梁桥。

曲线梁桥其分析设计过程与一般的桥梁设计相比，具有更大的难度，一旦设计不合理，就有可能在运营阶段带来严重的后果，因此，对该种形式的桥梁设计要点进行探讨具有重要的意义。

一、曲线钢箱梁桥的相关概述（一）曲线钢箱梁的常见病害及其成因第一，梁体向曲线外侧径向侧移。

曲线梁在汽车荷载的离心力和制动力长期反复作用下容易产生主梁向曲线外侧及汽车制动力方向的水平错位。

一般匝道桥都是单向行驶，所以这种作用力总是朝着固定方向，严重时可使主梁滑落。

造成这种情况的主要原因是支座布置不合理，全联支承体系抗扭能力及水平向抗滑动能力弱。

第二，梁体曲线内侧支座脱空或反力很小。

由于弯扭耦合效应，曲线结构会受到很大的扭转作用，同时由于钢梁自重较小，由恒载产生的预压力不大，导致端支座承担的扭矩大，当端横梁宽度不够、支座间距较小时就会出现支座脱空的现象。

第三，梁体整体倾覆。

钢箱梁较轻，活载占总比重相对于混凝土梁较大，在极限偏载行车工况下可能会出现梁体整体倾覆的现象。

现实中经常出现重车列队偏载在一侧行驶或停车的情况，往往设计时无法预料和验算。

第四，曲线梁内外侧梁长不同导致受力差异大、变形不协调，容易导致顶底板翘曲变形。

钢梁比混凝土梁受温度等影响更加明显。

通常，半径越小、桥宽越宽的曲线梁更容易因内外侧腹板梁长不同，引起变形差异并出现顶底板变形不协调而导致的翘曲变形，甚至导致焊缝的破坏、梁体受损。

曲线梁桥的受力施工特点及设计方法分析
几点问题，施工特性及设计方法。

关键词：曲线梁桥，结构，施工
近年来，随着公路建设事业的快速发展，涉及到曲线梁的桥梁设计已经越来越多了，以往设计者希望通过调整路线方案，尽量避开这种结构形式，或由于曲线半径较大，采用以直代曲的形式，在桥梁上部（如翼缘、护栏等）进行曲线调整，以期达到与路线线形一致。

这些严格意义上说都不是曲线桥。

由于受原有地物或地形的限制，一些城市的立交桥梁和交叉工程的桥梁曲线半径比较小，桥墩基本上要设在指定位置，这种情况下只能考虑设计曲线梁桥。

1、曲线梁桥的力学特性
1.1曲线梁的受力情况
曲线梁桥能很好地克服地形、地物的限制，可以让设计者较自由地发挥自己的想象，通过平顺、流畅的线条给人以美的享受。

但是曲线梁桥的受力比较复杂。

与直线梁相比，曲线梁的受力性能有如下特点：（1）轴向变形与平面内弯曲的耦合；
（2）竖向挠曲与扭转的耦合；
（3）它们与截面畸变的耦合。

其中最主要的是挠曲变形和扭转变形的耦合。

曲梁在竖向荷载和扭距作用下，都会同时产生弯距和扭距，并相互影响。

同时弯道内外侧支座反力不等，内外侧反力差引起较大的扭距，使梁截面处于弯-扭耦合作用状态，其截面主拉应力比相应的直。