第1讲 曲线梁桥简介

曲线梁桥简介

湖南大学土木工程学院桥梁工程专业核心课程讲义

《混凝土桥梁(2)》

混凝土桥梁(2) 第二部分：曲线梁桥、斜梁桥及刚架桥主 讲：刘志文 E-mail:zhiwenliu@http://www.77cn.com.cn 手 机：13975880715

湖南大学土木工程学院桥梁工程系 二O一四年 四月1

曲线梁桥简介

混凝土桥梁(2)第二部分课程内容目录第一讲 曲线梁桥定义、分类及应用现状 (4.11,单周) 第二讲 曲线梁桥结构受力特点与构造 第三讲 曲线梁桥结构力学分析方法 (4.14,双周) (4.21,4.24讨论，单周)

第四讲 曲线梁桥结构有限元分析方法——单梁法 (4.25,单周) 第五讲 曲线梁桥结构有限元分析方法——梁格法 (4.28,双周)

第六讲 曲线梁桥的预应力配筋与构造(5.5,5.8讨论，单周)第七讲 斜梁桥简介(5.9,单周) 第八讲 斜拉桥近似计算简介(5.12,双周) 第九讲 刚架桥简介(5.19,5.22讨论，单周)2

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上课纪律要求1. 按时上课，认真听讲，不迟到； 2. 自己认真、按时完成作业，不抄袭； 3. 计划随机抽查五次，有三次无故不到者平时成绩记为零 分。

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推荐参考书及期刊杂志1. 邵旭东 桥梁工程(第二版),人民交通出版社，2007

2. Hiroshi Nakai, Chai Hong Yoo. Analysis and design of Curved Steel Bridges, 19883. 4. 刘效尧 赵立成 公路桥涵设计手册——梁桥，人民交通出版社，2000 姚玲森，曲线梁，人民交通出版社，1989

5. 邵容光 混凝土弯梁桥，人民交通出版社，1991 6. 《世界桥梁》(国外桥梁) 7. 《桥梁建设》 8. Journal of Bridge Engineering 9. 中国土木工程学会桥梁及结构工程分会 全国桥梁学术会议论文集 (历届),该会议每两年举办一次。4

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第一讲 曲线梁桥定义、分类及应用现状1.教学目的

了解曲线梁桥的基本概念、分类、发展历史及应用现状。2.教学任务 (1)曲线梁桥简介；

(2)曲线梁桥发展历史及应用现状；(3)曲线梁桥设计现状； (4)曲线梁桥研究现状； (5)曲线梁桥典型事故分析。 3.课后作业 查阅资料，了解一下国内外曲线梁桥工程事故，试分析其发生原因。5

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一、曲线梁桥简介曲线桥是指主梁轴线在水平面上投影为曲线的桥梁，称为曲线桥， 又称弯梁桥(Horizontal curved bridge)。曲线梁桥的采用不仅可使 道路布置更趋科学、合理；而且能够与周围的环境协调一致，给人以美 的享受。在桥梁工程中主要应用如立交桥、曲线刚构、斜拉桥等。

图1 立交工程中大量应用的曲线梁桥

图2 曲线斜拉桥

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一、曲线梁桥简介1.1 曲线梁桥平面形状实际曲线梁桥平面形状非常多，基本形式有如下三种：

a)平面扇形(正桥，轴线与支承线正交);

b)斜交曲线桥(受力复杂);

c)斜交曲

线桥(受力复杂); 图3 曲线梁桥平面基本形状7

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一、曲线梁桥简介实际曲线梁桥一般由图1所示的三种基本形状组合而成，如下图所示。

图4 实际曲线梁桥平面形状

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一、曲线梁桥简介1.2 曲线梁桥主梁截面形式曲线T(或I)形梁：抗扭刚度小！ n小跨度曲线梁桥。

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曲线梁板格子梁：梁自身抗扭刚度小，但横 梁与T梁形成梁格体系，整体抗扭刚度较大。小跨度曲线梁桥。

曲线箱梁桥：闭口截面，抗扭刚度大！跨度较大的曲线梁桥。

Id2图5 曲线箱梁桥

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一、曲线梁桥简介由于曲线梁桥的特殊受力特点，一般跨度较大的曲线梁桥采用箱型

断面。工程实践中经常采用的箱型断面类型如下图所示。Concrete deck Steel-concrete deck Steel deck

(a)

混凝土箱梁截面

钢-混凝土组合箱梁截面

钢箱梁截面

(b)

混凝土箱梁截面

钢-混凝土组合箱梁截面

钢箱梁截面

(c)

混凝土箱梁截面

钢-混凝土组合箱梁截面

钢箱梁截面10

图6 曲线梁桥常用箱梁断面图

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图7 曲线I型梁照片

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图8 单箱曲线梁桥照片12

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1.3 曲线梁桥结构体系1)简支曲线梁桥受力简单，计算较为简单，施工方便！主梁端部存在较大的扭矩， 梁端支座易产生负反力(即上拔力),支座易疲劳！

2)连续曲线梁桥受力较为复杂，需借助有限元方法进行分析，施工较方便。受力较 为合理，可通过调整支座预偏心来调整主梁扭矩分布，从而改善其受力

。需要关注梁体的变形和支座脱空问题，设计合适的支座布置方式十分重要。 3)曲线连续刚构、曲线斜拉桥

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a curved, two-lane highway bridge with simply supported, composite, plate-girder stringers will be designed. As indicated in the framing plan in Fig. 12.25a, the stringers are concentric and the supports and diaphragms are placed radially. Outer girder G 1 spans 90 ft and has a radius of curvature R 1 of 300 ft. Spacing of diaphragms along this span is d 1 = 15 ft. Distance between inner and outer grids G 1 and G 3 is D = 22 ft c to c, and G 2 is midway between them. The typical cross section in Fig. 12.25b shows a 22-ft-wide roadway flanked by two 3-ft 3-inwide safety walks.

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连续曲线梁桥合理支座布置方式 The articulation of curved bridge decks needs to be considered carefully to avoid problems with unwanted transverse displacements whilst minimizing transverse forces due to restraint. Guidance on the options available is given in SCI P393 and in Guidance Note 1.04.

图9 曲线连续梁桥支座合理布置方案15

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二、曲线梁桥的发展历史及应用现状 2.1 曲线梁桥的发展原因

从二十世纪六十年代开始，曲线梁桥得到了快速的发展，其主要原 因如下：

(1)公路线形的要求 从“桥梁决定路线

”向“路线 决定桥梁”的转变。 随着城市规 模和高速公路的发展，城市快速 干道与平面街道立体交叉(立交 程)越来越多；城市交通量大的 平面路口建设立交工程。在公路 的线形设计中，一般要优先考虑 交通工方面的问题来决定路线形 状(出于行车性能考虑)。图10 立交工程示意图16

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二、曲线梁桥的发展历史及应用现状(2)节约空间、造型美观

曲线梁桥可以节约建筑空间，且线形优美，与传统“以直代曲”(注：早期曲线梁桥是采用这种方法实现桥梁的转向，受力本质上为直线桥。) 的桥梁相比，具有造价低、环境友好等优点。

(3)有限元分析方法的出现曲线梁由于有“弯扭耦合”的受力特点，故在荷载作用下曲线梁的结

构分析要比直线桥复杂的多。在有限元分析方法出现之前，桥梁工程师在进行曲线梁桥结构设计时无法对曲线梁桥结构进行准确分析。

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二、曲线梁桥的发展历史及应用现状2.2 曲线梁桥的发展历史及特点20世纪30年代，人们已对曲线梁桥的有关问题进行了理论分析和研 究。这一阶段的研究集中在试验研究和理论分析方面，侧重研究曲线梁 桥的荷载横向分配、曲线梁桥支反力分布以及曲线梁桥结构分析实用方 法方面。20世纪70~80年代，国内外修建了大量的曲线梁桥。这些桥梁 的特点简述如下： (1)大多数采用箱形截面； (2)结构体系较多采用连续曲线梁体系； (3)跨径一般在50~60米左右； (4)曲率半径最小为30~40米； (5)曲线梁桥结构建筑高度一般较小； (6)桥宽一般为2~4个车道； (7)曲线梁桥的施工方法多为现场满堂支架施工，另外有一部分采用 顶推和悬臂施工方法。18

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三、曲线梁桥设计现状(设计规范介绍)曲线梁桥由于存在“弯扭耦合”特点，使得其力学特点与直线桥梁存 在本质的差别，使得曲线梁桥的设计具有一定的复杂性。 目前尽管工程实践中已建设了许多曲线梁桥，但世界各国对曲线梁桥 的设计规范制定工作明显晚于直线桥。现就各国规范关于曲线梁桥设计的 规范进行简要综述。

3.1 美国曲线梁桥设计规范1980年，第一次在AASHTO设计规范中对曲线梁桥的设计进行了专门规定，

《AASHTO曲线公路桥梁设计指南》(AASHTOAASHTO’s GuideSpecifications for Horizontally Curved Steel Girder Highway Bridges),后分 别于1986、1993、2003年进行了修订。19

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