关于曲线桥梁梁体旋转偏位问题的探讨

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摘要：本文就公路曲线桥梁施工中出现的实体平面尺寸变化作分析，在其成因方面及如何解决此问题提出自己的见解，供设计与施工时作参考。

关键词：箱梁曲线超高旋转偏位

中图分类号：X734 文献标识码：A 文章编号：

前言

现代公路桥梁中大桥或特大桥的线形从各方面考虑往往设计为多种多样的曲线形式，桥梁结构也是趋向于复杂性和特殊性，同时对施工方面提出了越来越高的要求。现主要对曲线桥平面尺寸方面在实际施工中出现的问题作简单探讨。

一，问题的提出

某项目一特大桥，预应力砼小箱梁+连续箱梁结构，曲线半径R=450~550米，跨径在30~40米，桥梁线形设置为缓和曲线+圆曲线，超高横坡最大设为5%，预制小箱梁体高1.6米，宽2.18米。先预制小箱梁，采用架桥机架梁。设计按直线预制，每跨每片梁长不等，曲线段内外侧采用现浇悬臂加宽，以符合公路路线线型，加宽值按八分点处给处。现场实际放样悬臂外边缘线时，发现实测加宽值与设计提供值不符。具体检测数据如下：

以上图表说明，小箱梁悬出宽度实测值与设计图中标注宽度不符，靠外侧宽度偏大，而靠内侧宽度偏小。最小设计加宽值为37.8公分，而实测为28.5公分，偏小9.3公分。由于桥梁防撞墙的预埋钢筋是按线路平曲线线形位置同时预埋在预制箱梁翼缘板内的，因此必然造成靠内侧加宽宽度偏小部位的预埋位置不够的问题，或与预制梁翼缘板预留钢筋不能按规范要求焊接到位，势必增加施工难度，影响施工质量。

原因分析

1，首先我们从设计的角度分析一下：

1.1曲线超高设置：

为抵消车辆在曲线路段上行驶时所产生的离心力，在该路段横断面设置的外侧高于内侧的单向横坡，为超高。是将公路曲线部分的路面设计成向曲线内侧倾斜的单向横坡，使得汽车在曲线段行使时能够获得一个指向曲线内侧的横向分力，以抵消向外侧的离心力，以克服和削弱离心力对行车的影响。

《公路工程技术标准》规定当平曲线半径小于不设超高的半径时应在曲线上设置超高，为使车辆在曲线段上安全行使,依据设计超高横坡,分析、理解超高在旋转过程中的动态情况,准确计算超高值至关重要,其值可由下式确定：I=V*V/127R-U,V为行车速度，R为曲线半径，U为横向力系数。

此桥该段曲线半径R=450米,超高横坡度设计为5%。符合设计规范要求。

1. 2超高的进行方式

此桥设计超高绕路中线旋转(简称中轴旋转) ，超高旋转轴在任何情况下和高程设计线在同一个位置，旋转轴在路面中线保留在水平位置(不考虑路线纵坡)。首先在超高缓和段起点之时,迅速将外侧路肩横坡度变为路拱横坡度。然后逐渐抬高外侧路面与路肩,使之达到与内侧路拱坡度一致的单横坡。继续旋转使整个断面达到超高横坡度为止。

此桥超高旋转轴在公路横断面上中线的位置，这与设计提供的中线桥面标高相符。

1. 3加宽设计

汽车在平曲线上行驶时因为每个车轮沿着各自的独立的轨迹运动，汽车在曲线上占据的宽度比在直线上大，因此要加宽，同时要考虑车速，有一个摆动加宽值。对曲线要求是在半径较小（R小于250米）的情况，此处曲线半径R在450~550米，可不考虑。

桥墩未设横向预偏心，墩帽上支承垫石照桥梁工作线的要求施工，未设预偏心。如要设置加宽，支承垫石加宽可采用《铁路设计手册—桥涵》(1962年第四设计院主编)上推荐的方法,也是通用图《壹桥(71)8178—曲线上桥梁布置》(1971年第一铁路设计院编)所采用的方法。用这个方法计算支承垫石横向尺寸加宽与实际情况有些出入。此处不予以讨论。

1. 4梁的布置方式：

目前公路上的曲线梁桥多为“以折代曲”，曲梁应用很少。桥梁位于曲线上，线路中线为具有一定半径的圆曲线或缓和曲线，而预制梁的中线为直线，这就要求梁中线必须随着线路中线的弯曲形成与线路曲线基本相符的连续折线。这条连续折线称为曲线桥梁的工作线，其顶点为相邻两梁中线的交点，

在曲线桥上，桥梁工作线为折线，线路中线为曲线，两者并不重合，车辆通过时，桥梁必然承受偏心荷载。为了使桥梁承受较小的偏心荷载，桥梁设计中，每孔梁中心线的两个端点并不位于线路中心线上，而必须将梁的中线向曲线外侧移动一段距离。根据跨长及曲线半径，梁中线向曲线外侧所移动的距离，可以等于以梁长为弦线的中矢值，此布置方式称为切线布置。也可以等于该中矢值的一半，称为平分中矢布置。两种布置形式比较，平分中矢布置较为有利，曲线桥基本上都采用这种布置形式，我们讨论的此桥梁体架设也符合这个原则。

另外现浇连续梁在曲线上，由于梁可以弯做，所以它下面的墩子是用不着外偏的，但是它相邻孔的简支梁下面的墩却要外偏，如果曲线半径很小，这个偏值很大，这样就造成了连续梁下面的墩子不偏，相邻孔简支梁的墩子外偏，显然简支梁无法架梁了，因为没有了梁缝。联间墩的简支梁支座根据该侧偏角、偏距确定，连续梁支座按照径向布置确定。就是过渡墩不用偏，简支侧支座要偏移。

至于曲线半径大小，是否需要进行偏移，要看偏距大小和验标的要求了，桩基，墩身，支座的要求都是不同的。此处不予以讨论，仅说明在设计方面存在诸多考虑因素，在最不利情况下的设置，不属此次讨论的重点所在，但不应忽略为宜。

2，从施工的角度分析：

考虑到梁体的制造误差、架设误差、梁在受力后的伸长、温度变化对梁的影响、墩台施工误差和测量误差等，都有一定的影响。但此处为了简化思路，可排除此类影响，不作为主要原因分析。

主要原因分析

从以上分析我们可以看到:设计的合理性与施工质量固然是影响因素，但只要是设计合理，保证施工质量，理论上应不会出现此类问题。所以从另外一个角度，个人观点认为：因曲线段超高引起箱梁梁体本身的旋转偏位应是主要原因，横坡度越大，梁体越高，偏位越大。用数学公式表示：偏移量＝梁体高度*梁面横坡度。仍以此桥为例，如下图所示：

如上图所示，为保证梁体安装完成后预制梁顶面形成设计超高横坡度值5%，在梁体下支座顶面设置楔形块，对每一片预制梁体而言，将形成向内侧梁体旋转偏心的情况，即梁体面从外向内产生了一个偏移量。如下图所示：

从图中可以看到，此处梁体理论上偏移了8公分，根据前面现场实测数据对比，外侧偏在8.9公分，内侧偏小9.3公分，考虑施工及量测误差的影响，这与理论分析是比较吻合的。

四、结语

综合以上分析,可以认为,发生桥面平面尺寸变化的现象除可能由设计疏漏或施工误差引起之外,主要是因为曲线超高设置段预制梁体旋转偏位的结果。

建议:第一,设计时将此种因素全面考虑进去，进行合理调整。如将最外侧翼缘板尺寸予以调整，根据桥梁结构尺寸，外侧加宽，内侧做小，或者将垫石支座位置进行合理计算调整，以消除梁体整体旋转偏心的影响等。第二，在超高横坡度设置不大，旋转偏移量不大的情况下设计时也可忽略此类影响，在不影响受力的情况下，可在施工中进行合理调整解决。另外在现浇箱梁支架模板线形测量放样定位时对此种偏移量要予以适当考虑。

以上仅为个人见解，疏误难免，意为抛砖引玉，以更好地服务于工程建设。

参考文献:

1、中华人民共和国交通部标准《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）；

2、中华人民共和国交通部标准《公路工程技术标准》 JTG B01-2003；