弯梁桥支座设计

众所周知，影响弯桥受力特性的主要因素除了影响直线桥受力特性的因素外，还受以下因素影响：圆心角、桥梁宽度与曲率半径之比、弯扭刚度比、扇性惯矩等。支点反力与直线桥相比，有曲线外侧变大、内侧变小的倾向，内侧甚至会产生负反力。如果设计中没有足够重视，没有采取相应措施，就会导致支座脱空，给施工和运营带来安全隐患。这与支座的设置有很大关系，如果支座设置不当，就会出现边墩内侧支座出现负反力，可通过采用边墩受拉支座或者调整本联支座的布置形式来调整支座受力。已通车的某互通匝道桥就出现了施工中边墩支座脱空的现象。另外，如果施工时没有意识到弯梁桥支座摆放的重要性，摆错方向，会产生比较严重的后果。

本文通过对某桥的几种支座布置形式的比较，确定出适合该桥的支座布置形式。

1.工程概况

本文研究对象为沿江高速公路麻涌互通E匝道2号桥，本桥孔跨布置为3×25 m，位于半径R=60 m的圆曲线上，采用钢筋混凝土现浇连续梁，C50混凝土，采用单箱单室断面，腹板斜率为1：4，梁高165 cm，梁顶板宽900 cm，底板宽455 cm，顶板厚25 cm，底板厚22 cm，腹板由40 cm变化至60 cm。

2.计算分析

本桥采用桥梁结构分析软件Midas/Civil程序进行计算，用空间梁单元进行建模。模型见图1

图1 空间模型图 计算参数如下：混凝土密度为26 kN/m3，，混凝土其它参数同桥梁设计规范要求。铺装采用12 cm厚C40防水混凝土。

设计荷载：公路I级，设计时速35 km/h。整体温度采用25℃，梯度升降温按照《公路桥涵设计通用规范》执行。车道的横向布置按实际最不利情况布置进行计算。

以下计算均在以下前提进行：模型相同，工况相同，边墩支座形式相同（设置双支座，支座间距270 cm，不设置偏心），仅仅改变中墩支撑方式。

本文计算分为以下三部分进行比较分析：

(1)中墩单支座设置形式比较；

(2)中墩单支座偏心设置比较；

(3)中墩双支座偏心设置比较。

通过以上比较，希冀找出适合于本桥的支座布置形式，并尽量避免设置受拉支座，使之受力能满足施工及运营要求。以下计算所得值中支座处的反力值是按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范》，对各分项内力标准值进行组合。力的方向为支座受压为正，受拉为负。

2.1中墩单支座设置形式比较：

本联连续梁支座布置如图2所示，

图2 支座与节点号对应图

本比较提出以下三个方案进行分析： 方案一：72号约束切线方向，为单向支座；

方案二：72号约束法线方向，为单向支座；

方案三：72号为双向支座。

计算结果见表1。

从表1可以看出，方案一支座设置方式直接导致边墩支座受力奇异(收缩徐变及温度产生的支座反力明显大于其余两种方案)，这种设置方式为不合理，但是如果设计或施工时搞错中墩支座约束方向，就会产生比较严重的后果；从方案二与方案三计算结果进行比较，这两种中墩支座设置方式在各分项内力引起的支座反力方面区别不大，如果在实际设计中采用这种布置方式，需在边墩内侧设置受拉支座。

2.2 中墩单支座偏心设置比较

本联连续梁支座布置如图3所示。

图3 支座与节点号对应图 本比较提出以下四个方案进行分析：

方案一：在72号支座约束法线方向，为单向支座的前提下，不设偏心

方案二：72、75号支座设置15 cm外偏心；

方案三：72、75号支座设置25 cm外偏心；

方案四：72、75号支座设置50 cm外偏心。

计算结果见表2。

从表2可以看出，随着中墩支座外偏心的增加，由活载外偏时边墩内侧支座受拉到活载内偏时外侧支座受拉，并且可以看出，在中墩单支座设置情况下，边墩内外支座的组合反力变化反向进行，并且没有出现同时为正的情况，说明在本桥情况下，中墩设置单支座时，边墩支座在使用阶段总会出现拉力，这样，就必须设置受拉支座，否则就得选择其它支座设置方式。

2.3中墩双支座偏心设置比较

连续梁支座布置如图4所示。

图4 支座与节点号对应图 本比较提出以下四个方案进行分析：

方案一：72、73号与74、75号支座不设偏心；

方案二：72、73号与74、75号支座设25 cm外偏心；

方案三：72、73号与74、75号支座设50 cm外偏心；

方案四：72、73号与74、75号支座设100 cm外偏心。

计算结果见表3。

从表3可以看出，对双支座而言，在边墩支座位置既定的情况，随着中墩支座偏心值的变化，边墩的内外侧支座反力值变化不是很明显，并且无论在哪种方案下，边墩支座均不出现拉力，说明这种支座的设置方式比较合理；但是从表3计算结果可以看出，中墩支座的反力随偏心的增大发生变化，随着偏心的增大，内侧支座的反力逐渐减小，外侧支座反力逐渐增加，偏心设置在25 cm左右时，中墩支座的受力内外侧大致相同，比较合理。

3.结语

通过上述计算比较，本桥的中墩支座应采用双支座，设置25 cm偏心，边墩支座及中墩支座受力比较合理，这样可避免在边墩设置受拉支座，节省支座设置费用，同时，也可使梁体受力趋于合理，为其理想状态。

从本文的比较可以看出，小半径弯桥的支座设置方式需引起极高重视：

(1)设计及施工单位应重视弯梁桥的支座摆放。

(2)边墩支座设置双支座，以利于梁体抗扭。

(3)在弯梁桥所处曲线半径比较小的情况下，如果条件允许，中墩要设置双支座，并根据实际情况设置偏心；否则需根据实际计算情况对中、边墩支座设置进行处理。

(4)在条件允许的情况下，尽可能拉大边墩支座的间距或对边墩支座设置偏心以调整两个支座受力情况。

(5)本文的比较没有考虑固结墩的情况，如果支座布置受限，为满足受力要求，可根据计算固结部分中墩。

本文比较是在边墩的支座间距既定，不设偏心的情况进行的，从计算分析结果来看，如果边墩支座设置偏心或者拉大边墩支座间距，对于改善边墩双支座的受力有比较好的作用。

本文仅对弯桥的支座设置在特定情况进行了边墩支座反力的比较，避免出现支座脱空现象。具体设计中还应综合考虑梁体承受的扭矩大小，预应力的作用(对预应力结构)等来进行弯梁的支座设置设计。限于篇幅，其余参数不在此进行比较。