第五节 连续弯梁桥简介
第五节 连续弯梁桥简介
[A2-6.67] 随着高等级公路在路线线形方面的要求越来越高，要求桥梁设计完全符合路线线形，所以桥梁的平面布置，基本上应服从整体线形布置的要求，这就需要设置很多曲线桥，曲线连续梁桥被称作连续弯梁桥。为了抵抗主梁截面的弯矩和扭矩，在弯梁桥设计中主梁多采用箱形截面。由于桥面超高的需要和梁体受扭时主梁截面外侧受力较大的需要，可在桥梁横向将主梁各腹板设计成不同的高度（采用箱形截面时）；为了构造简单，方便施工，也可将主梁各腹板设计成等高度，桥面超高产生的横坡由墩台帽顶面形成。
[A2-6.68] 1. 梁体的弯扭耦合作用
弯梁桥梁截面的弯矩会产生对应的耦合扭矩, 即“弯扭耦合效应”。这是弯梁桥区别于直桥最主要的受力特性。弯梁桥在外荷载的作用下会同时产生弯矩和扭矩，并且互相影响，使梁截面处于弯扭耦合作用的状态，其截面主拉应力往往比相应的直梁桥大得多，这是曲梁独有的受力特点。弯梁桥由于受到强大的扭矩作用，产生扭转变形，其曲线外侧的竖向挠度大于同跨径的直桥；由于弯扭耦合作用，在梁端可能出现翘曲；当梁端横桥向约束较弱时，梁体有向弯道外侧“爬移”的趋势。
[A2-6.69]2. 内梁和外梁受力不均
在曲线梁桥中，由于存在较大的扭矩，因而通常会使外梁超载、内梁卸载，尤其在宽桥情况下内、外梁的差异更大。由于内、外梁的支点反力有时相差很大，当可变作用偏置时，内梁甚至可能产生负反力，这时如果支座不能承受拉力，就会出现梁体与支座的脱离，即“支座脱空”现象。
[A2-6.70] 3. 温度和可变作用影响侧向稳定
当曲率半径较小时, 在温度荷载和可变作用偏载作用下, 弯梁内外侧支座反力相差较大, 特别当桥梁永久作用较小时, 同时车辆超载情况下, 易出现内侧支座脱空, 这几年来, 我国曾发生多起弯梁桥倾覆事故。由日照升温和季节温度变化而导致支座破坏和梁体侧移也是不能轻视的, 这些都对弯梁的稳定构成威胁。
[A2-6.71] 4. 墩台受力复杂
由于内外侧支座反力相差较大，使各墩柱所受垂直力出现较大差异。弯桥下部结构墩顶水平力，除了与直桥一样有制动力、温度变化引起的内力、地震力等外，还存在离心力和预应力张拉产生的径向力。故在弯连选梁桥结构设计中，应对其进行全面的整体的空间受力计算分析，只采用横向分布等简化计算方法，不能满足设计要求。必须对其在承受纵向弯曲、扭转和翘曲作用下，结合自重、预应力和汽车荷载等荷载进行详细的受力分析，充分考虑其结构的空间受力特点才能得到安全可靠的结构设计。
[A2-6.72] 直梁桥受“弯、剪”作用，而弯梁桥处于“弯、剪、扭”的复合受力状态，故上、下部结构必须构成有利于抵抗“弯、剪、扭”的措施。
1. 弯梁桥的弯扭刚度比对结构的受力状态和变形状态有着直接的关系：弯扭刚度比越大，由曲率因素而导致的扭转弯形越大，因此，对于弯梁桥而言在满足竖向变形的前提下，应尽可能减小抗弯刚度、增大抗扭刚度。所以在曲线梁桥中，宜选用低高度梁和抗扭惯性矩较大的箱形截面。
2. 在弯梁桥截面设计时，要在桥跨范围内设置一些横隔梁，以加强横桥向刚度并保持全桥稳定性。在截面发生较大变化的位置，要设渐变段过渡，减小应力集中效应。
3. 在进行配筋设计时要充分考虑扭矩效应，弯梁应在腹板侧面布置较多受力钢筋，其截面上下缘钢筋也比同等跨径的直桥多，且应配置较多的抗扭箍筋。
4. 城市立交桥中的弯箱梁桥中墩多布置成独柱支承构造。在独柱式点铰支承弯连续梁中，上部结构在外荷载作用下产生的扭矩不能通过中间支承传至基础，而只能通过曲梁两端抗扭支承来传递，从而易造成曲梁产生过大扭矩。为减小弯梁桥梁体受扭对上、下部结构产生的不利影响，可采用以下方法进行结构受力平衡的调整：
（1）为减小此项扭矩的影响，比较有效的办法是通过调整独柱支承偏心值来改善主梁受力。
（2）通过预应力筋的径向偏心距来消除曲梁内某些截面过大的扭矩，改善主梁的受力状态也是一种行之有效的办法。预应力曲线梁往往产生向外偏转的情况，这是由其结构特点造成的。预应力产生的扭矩分布和自重作用下的扭矩分布规律有着较大的区别，为调整扭矩分布，可在曲线梁轴线两侧采用不同的预应力钢束及锚下控制应力，构成预应力束应力的偏心，形成内扭矩来调整曲线梁扭矩分布。
[A2-6.73]目前弯梁桥在现代化的公路及城市道路立交中的数量逐年增加，应用已非常普遍。尤其在互通式立交的匝道桥设计中应用更为广泛（图2-6-50）。由于受地形、地物和占地面积的影响，匝道的设计往往受到多种因素的限制，这就决定了匝道桥设计具有以下特点：
（1）匝道桥的桥面宽度比较窄，一般匝道宽度在6～11 m左右。
（2）由于匝道是用来实现道路的转向功能的，在城市中立交往往受到占地面积的限制，所以匝道桥多为小半径的曲线梁桥，而且设置较大超高值。
（3）匝道桥往往设置较大纵坡，匝道不仅跨越下面的非机动车道，有时还需跨越主干道和匝道，这就增大了匝道桥的长度。由于匝道桥具有斜、弯、坡、异形等特点，给桥梁的线型设计和构造处理带来很大困难。
图2-6-50 连续弯梁桥（匝道桥）
公路箱形梁与铁路箱形梁设计有所区别。
①简支梁桥，双线高速铁路、城际铁路一般采用箱形梁设计；公路一般不采用箱形梁设计。
②连续梁桥，铁路箱形梁翼板长度一般不大于2.5 m，线路中心线位于腹板内；公路箱形梁有采用大悬臂设计的，外侧车道位于腹板外悬臂上。
③铁路箱形梁的支点高度大于同跨径的公路箱形梁，横截面顶板、底板、翼板和腹板厚度一般大于同跨径的公路箱形梁。
连续梁桥的构造类型与施工方法密切相关。整体支架浇筑法施工可采用等截面箱梁或变截面箱梁，移动模架逐孔浇筑法和顶推法施工采用等截面箱梁，悬臂法施工采用变截面箱梁，先简支后连续法施工采用装配式小箱梁、T形梁或空心板梁。在先简支后连续梁的后连续施工中，负弯矩束的设置与施工除满足受力要求外，还应满足构造要求。悬臂法施工的变截面连续箱梁，为方便施工一般采用直腹式的，其他方法施工的连续箱梁可采用直腹式的，也可采用斜腹式的，采用斜腹式箱梁可以减小底板宽度，节省材料。连续箱梁根据受力需要可仅配置纵向预应力钢筋，或配置纵向和横向预应力钢筋（双向预应力），或配置纵向、横向和竖向预应力钢筋（三向预应力），纵向和横向预应力钢筋一般采用钢绞线，竖向预应力钢筋一般采用预应力螺纹钢筋。
连续体系梁桥均为超静定结构，预加力、混凝土收缩和徐变、温度变化以及基础不均匀沉降等因素将引起结构附加内力，因此，除进行恒载内力计算、活载内力计算外，还应进行附加内力的计算。
1. 多跨连续梁的分跨原则是什么？
2. 简述多跨简支梁桥与先简支后连续梁桥受力与构造的不同。
3. 桥面连续简支梁与先简支后连续梁在构造上有什么区别？绘简图分析两者受力区别。
4. 为什么大跨径连续梁桥沿纵向一般设计成变高度形式？中等跨径一般采用等高度形式？
5. 为什么大跨径连续梁桥和连续刚构桥多采用箱形截面？箱梁横截面中各构件（顶板、翼板、腹板、底板、承托、横隔板、齿板）的作用是什么？ 6. 试比较连续刚构桥与连续梁桥在构造及受力上的不同之处，以及优缺点。
7. 连续刚构桥与连续梁桥主跨跨径相比是增大还是减少？原因是什么？
8. 连续梁桥纵向预应力钢筋、横向预应力钢筋或竖向预应力钢筋在结构中所起的作用是什么？
9. 箱梁在什么情况下需要设置横向预应力？什么情况下需要设置竖向预应力？怎样设置？
10. 为什么竖向预应力筋多采用精轧螺纹钢筋？
11. 什么是混凝土箱梁的三向预应力？解释它们的作用及设置特点。双向预应力与双预应力是否相同？
12. 某主跨120 m三跨连续刚构桥，主墩墩高相差超过30 m，请问对结构内力带来哪些影响？
13. 超静定结构为什么会产生附加内力？哪些因素将使超静定结构产生附加内力？
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