小半径曲线桥梁设计分析

小半径曲线桥梁设计分析

罗诚榕

北京市市政工程设计研究总院有限公司深圳分院     518000

摘要：在进行市政桥梁工程建设时，小半径曲线桥梁经常会出现病害问题，导致桥梁工程应用寿命不断缩减。以我国某一市政桥梁建设为例，在对病害问题进行分析时可以发现，这一项目原设计方案存在较多缺陷问题，因为桥梁设置形式与地理条件存在冲突，导致项目建设完成之后，内部缺陷问题比较严重，但未得到及时发现和解决，影响了桥梁项目运营效果。企业也未对其进行及时维护，导致问题变得更加严重，因此需要做好桥梁改造处理。本文就小半径曲线桥梁设计进行相关分析和探讨。

关键词：小半径；曲线；桥梁；设计分析

近阶段我国在进行市政桥梁工程建设时，施工规模正在不断扩大，建设范围也在不断增加，这对桥梁设计工作开展提出了更高要求。设计人员在对各种桥梁工程进行设计时，需要对区域内情况进行全面了解，在此基础上制作最优设计方案。尤其是在对小半径曲线桥梁进行设计时，需要引进更加先进设计思维和技术，才能提高设计方案应用可行性和经济性。设计人员还要做好传统小半径曲线桥梁设计改造，确保所有桥梁工程在运用时都能发挥更好效果，为我国居民出行提供更加优质服务[1]。

一、项目案例

以我国某一市政小半径曲线桥梁项目设计为例，项目施工区域跨越山区小河沟，设计车道为三车道，荷载为公路一级，安全等级为二级，设计基准期为100年，桥面宽度为11.5米，环境类别为一级，结构重要性系数为1.0，桥梁位于平曲线上，圆曲线半径60米。在对项目进行实际设计时，采用了重力式桥台和桩基承台基础，上部结构设计为16米左右，钢筋混凝土连续箱梁采用了现浇作业方式，桥梁长度为74米，使用了梁格法计算方式，各项参数验算均满足项目规定要求[2]。

二、小半径曲线桥梁设计方法

（一）明确桥梁受力特点

在对本项目进行设计时，会受到离心力作用影响，导致结构受力不均匀，因为桥梁支座外侧与内侧反力相差比较大，不同墩柱竖向力存在较大差异，桥梁墩顶不仅会受到与直线桥相同内力有效，还会因为运用力张拉和离心力作用影响，引发径向力。桥梁结构在使用期间，会受到周边温度影响，制动力也会引发桥梁内部作用力影响，导致梁体出现扭转问题。一旦扭转问题过于严重，就会导致桥梁结构在使用期间出现额外弯矩和扭矩，最终导致桥梁结构出现病害问题，因为曲线桥梁扭曲过大，会导致内梁出现卸载，外梁出现超载等现象。桥梁宽度越大，内梁与外梁差异越明显。因为外梁和内梁支点相差比较大，在受到偏心荷载影响之后，内梁会出现负反力，在拉力影响下会导致梁体和支座等结构出现脱离等现象，最终会引发病害问题，甚至会导致区域内出现交通事故。在外荷载影响下，小半径曲线梁中会出现弯曲和扭矩，梁截面出现扭弯耦合等情况，导致截面主拉应力超过同跨径直线梁，外侧曲线竖向刚度比较大，梁端可能会发生位移和翘曲等现象，强效约束力比较弱时，梁体会向着外侧出现弯道偏移等现象[3]。

因为小半径曲线桥梁结构对抗弯作用和曲线抗扭功能存在较高要求，设计人员要选用连续箱型桥梁结构进行建设，这种结构整体性能更好，且抗扭刚度比较大，梁高比跨径大。在进行小半径曲线桥梁设计时，混凝土收缩参数无法进行精确计算，要选用普通钢筋混凝土结构进行设计，在对结构参数进行分析和控制时，设计人员需要对顶板和底板以及腹板水平分布钢筋进行科学计算，要保证所有钢筋材料在使用时受力更加均匀，还要降低周边环境因素对钢筋材料不良影响，并且对其进行防腐处理。设计人员还要对钢筋材料使用量进行严格控制，避免出现资源浪费等问题。小半径曲线梁预应力混凝土结构中需要设置防崩钢筋，预应力纵向筋要采用低松弛高强度钢绞线进行设计，要想降低活载扭矩不良影响。在进行小曲线多跨桥梁中间墩设计时，可以采用两支点抗扭支承等设计方式，梁体径向位移可以通过墩梁固结等方法，对其进行全面解决[4]。

（二）选择合适设计方法

在开展设计工作时，设计人员需要深入到现场，对区域内地理环境特点和水文情况以及气候条件进行全面了解，要提起更加全面准确数据信息，将其作为设计方案制作依据。还要引进信息化技术和BIM技术，通过构建数据模型，对设计缺陷问题进行及时发现和修改，要保证最终制作的设计方案具备更好的可行性和经济性。设计人员要根据项目实际情况选择正确设计方式，在对桥梁结构进行计算时，可以使用梁格法，这种方法程序化特征比较明显，计算形式更加简单，将其广泛作用于设计工作中，可以对局部结构进行精确分析，还可以对形状不规则复杂结构进行精确计算。也可以选用空间有限元设计方法开展各项工作，但这种设计方法在使用时，无法对预应力模拟问题进行有效解决，要想减少小半径曲线梁中梁端截面扭矩影响，确保箱梁中扭曲分布更加合理，就要选用双支座偏置的设计方法[5]。

在对小半径曲线梁桥进行设计时，不能直接采用直线梁桥设计方法，要通过总反力均匀分配支点等方法，将最终计算结果乘以1.15偏载系数，最终明确结构计算结果，对项目实际发展状态进行精确模拟。在开展设计工作时，还可以将梁体截面单元划分为若干个截面，要保证箱梁中扭矩影响能够得到充分改善。在进行预应力钢束设计时，要适当提高施工位置，还要按照部分预应力构件要求开展设计工作，为了避免横断面畸变应力超过受弯正应力，可以在支承区域和箱梁跨中区域设置横梁。设计人员还要采取有效措施，避免混凝土结构出现收缩和形变等问题，还要降低车辆离心力和制动力影响，要将梁体位移控制在标准范围内，避免因为位移现象过于严重，引发主体结构坍塌等事件。设计人员可以在墩台上设置约束双支座，并且通过盖梁加档块等设计方法，对梁体移动问题进行有效处理

[6]。

（三）做好病害预防

在对梁体结构应用期间可能出现的病害问题进行预防时，设计人员需要将最终设计结果输入到数据模型中，通过可视化模拟和展现，对各个环节可能出现的问题进行预测和分析，并且制定专项整改方案。设计人员还要对市场上一些新型材料产品进行重点关注，要将其作用于设计工作中，并且对所有材料规格和型号以及质量、性能进行全面检查，确保材料在使用时能够满足各方面要求，进一步提高项目设计质量。

结语：综上所述，在对小半径曲线桥梁进行设计时，设计人员需要积极积累经验，并且引进更加先进信息化技术，提高设计工作科技含量，确保设计方案内容更加科学，为实际建设行为提供有效指导。设计人员要对区域内交通情况进行深入研究，在此基础上制作相应设计方案，还要对市场上一些新型产品进行重点关注，将其作用于桥梁设计各个环节中，确保桥梁主体结构在使用时更加安全稳固。设计人员还要构建数据模型，对各个设计环节可能出现的缺陷和风险问题进行全面分析和解决，促进项目健康发展。

参考文献：

[1]陈爱荣.大跨径小半径曲线桥梁转体结构设计[J].城市道桥与防洪,2021(06):105-108+16.

[2]王东文.大同市金庄煤矿铁路装车环线小半径曲线桥梁设计[J].甘肃科技,2020,36(12):91-92.

[3]董华县.小半径曲线范围铁路桥梁设计[J].中国科技信息,2015(07):88+90.

[4]刘智,马清.互通区小半径曲线桥梁设计环节分析[J].中国新技术新产品,2013(16):57.

[5]侯林平,王福敏,王丰华.小半径曲线桥梁设计方法分析[J].中国水运(下半月刊),2011,11(01):179-180.

[6]陈华有.城市桥梁中小半径曲线梁桥设计分析[J].中国水运(理论版),2008(01):147-148.