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摘要：本文以某工程为例，从主梁方面简要分析了大跨径连续钢构桥梁的主桥构造，并从曲线梁特点以及静力分析两方面探讨了如何对平曲线段内大跨径连续刚够桥梁设计进行计算，以期保证设计人员设计方案的精准性，进而保证工程的实际质量。
关键词：平曲线段内；大跨径；连续钢构桥；设计
引言
如今，大跨径连续钢构桥梁的数量不断增加，人们对该类型桥梁的设计质量也有了更高的要求。为此，设计单位必须提高设计人员的设计水平，以便保证该类型桥梁的使用质量。平曲线段部分设计工作是大跨径连续钢构桥梁整体设计的重要环节，直接关系到钢构桥梁的工程质量。而且由于影响曲线梁的因素较多，导致设计难度较大。故而，设计人员应更为注重该环节的设计工作，不断提高自身设计水平，以确保设计图纸的精准度以及工程质量。
1工程实例
设定某铁路横跨黄河干流，所用桥梁类型即为大跨径连续钢构桥。桥址部分主河槽宽度达到300m。主流偏向左岸，而左岸为山崖，且较为陡峭，相对高度差值为30m。右岸滩区域较为宽阔且地势平坦，高于主河道，两者差值为8m。河道长期存在流水。通常情况下，水深处于4m至6m之内。桥址占据黄河流域部分区域，共计220000km2，设计所参考的流量值为：Q1%=6500M3/s，Q0.33%=7340M3/s。线路法线同黄河主槽内部泓线所形成的夹角角度为2°，主桥使用跨径为（80+2×120+80）m的预应力混凝土连续钢构，整体位于R=800m的平曲线之上。该钢构桥设计类型为双线客货共线铁路，时速设定为120km/h。桥址区域在震动过程中峰值所具有的加速度为0.238g，地震动所形成的反应谱，其特征周期为0.45s。该桥址主要含有以下地层：粉砂、细砂、冲击粉土以及卵石土。
2主桥结构构造
2.1主梁设计
主桥所在位置为R=800m曲线之上，主梁的建筑方式以曲梁曲做法为主，梁端线同线路方向保持垂直。箱梁所用结构为单箱单室变截面的结构，箱梁顶部宽度为11.4m，底部宽度为6.7m。主梁经过计算后跨径为（80+2×120+80）m，梁整体长度为401.5m。桥梁高度按照2次抛物线变化为准，中间支点高度为8.8m，跨中部分、梁端以及梁高度均为4.6m，边支座中心线同梁端相距0.75m，箱梁顶部板的厚度处于0.40m至0.65m之间，底部板厚度在0.5m至1.2m之间，腹部板厚度在0.5m至1.0m之内。悬臂端处厚度为0.25m，根部厚度则为0.65m。箱梁腹部板顶部以及底部倒角分别为0.9m×0.3m以及0.6m×0.3m。同时在支点、钢构墩顶部以及主跨跨中部分设置横隔墙。不仅如此，主梁设计要求设计人员按照纵向、横向以及竖向预应力体系进行设计工作，其中纵向必须按照全预应力设计方式设计，主梁所使用的施工方式为挂篮施工。
2.2桥墩建设
主桥内部3个桥墩均属于刚构墩，高度分别为37.0m、38.0m、36.5m。若设计人员选用圆端空心桥墩，则纵向高度较大，而地震对其的影响也会因刚度提高而相应提高，墩身难以配筋，不仅造成了大量材料的浪费，同时也令造型显得极为笨重。故而，设计人员应选用板式双壁墩作为刚构墩，该类型墩壁厚为2.2m，双肢中心间隔6m。针对墩底而言，高于百年水位但不超出2m的部分，设计人员应使用大有弧形尖角的实体墩，以便满足破冰以及抗撞的需求。按照上述方式设计完成的桥梁，具有以下优势：造型较为美观、自重减轻、可以节省大量材料以及受力更为均匀，合理。
3主桥实际结构分析
3.1曲线梁具备特点
针对直线双线铁路桥而言，处于恒载以及预应力共同作用的状态下，因为截面同荷载于横向下都呈对称状态，所以箱梁不会出现扭矩或是扭转变形的问题，只是处于单线活载作用下才会发生扭转效应。按照传统设计方式，铁路箱梁横截面面积较大，而且箱形截面具有良好的抗扭能力。所以，直线梁处于活载状态下所产生的扭转现象基本可以忽略不计。大曲率半径的曲线梁不会形成较大的扭转效应。故而，设计人员在设计过程中，可按照直线梁的计算方式对其进行计算。然而针对半径值不高的曲线梁而言，处于恒载、活载或是预应力作用下，都会出现扭转效应，且该效应会因为半径的不断缩减而更为显著，由于小半径曲线梁自身受力情况极为复杂，因此，其所形成的扭转效应不可被忽视。
就目前而言，我国对曲线梁桥计算方面的理论颇有成就，但是大部分解析方法所使用的公式推导过程过于复杂，使得设计人员并不容易掌握，在实际应用过程中也会消耗大量时间，而且计算精确度不高。其中梁格系理论较为容易被理解以及应用，其计算结果的准确度也基本能够满足设计规范的要求。因此，该理论在实际应用当中较为广泛。但在设计过程中，设计人员在计算完成之后，还需要对计算结果实施扭转矫正。设计人员在实际工作当中可利用有限元分析方式，对跨径为（80+2×120+80）m的预应力混凝土连续刚构桥进行计算，建造直线、曲线单梁以及曲线的梁格模型，并进行对比分析。
3.2静力分析
静力分析过程中，设计人员需先建立计算模型。通过数据计算获取静力计算结果。具体可从以下几个方面对结果进行分析：
第一，运营阶段支反力方面。边支座处于恒载作用状态下，直线横梁朝向两个支座所具有的支反力数值相等。但针对曲线梁而言，平面力系分配不均，所以曲线外部所具有的支反力值高于内部，内部与外部支反力差值与两者平均值的40%基本形同。处于恒载力以及活载同时作用的状态下，内部同外部支反力差值的最大值与两者平均值的30%基本相同。若设计人员在设计过程中，内部与外部吨位完全相同，设计人员还需要预留一定富余量，以免外部支座出现承载力不足的问题。
第二，梁体内力方面。无论是纵向弯矩直线梁，或是曲线梁，处于恒载作用状态下，其按照梁轴线所呈现的变化规律基本相同。所有负弯矩处于刚构边墩顶部时存在最大值，相比曲线梁而言，最大负弯矩直线梁弯矩值更高，一般高10%。而两者中跨中部分弯矩数据基本相同。在边跨跨中部分，直线梁的弯矩值要高于曲线梁。至于活载弯矩，直线梁与曲线梁两者的变化规律基本一致，计算结果数据之间也没有太大的差距。故而，关于纵向预应力的设计应按照直线梁进行计算，能够确保桥梁的使用安全。针对扭矩，直线桥梁处于恒载状态下，并不会产生扭矩现象，而曲线梁会产生，且扭矩图于纵向呈现反对称状态，其在支点部分达到最大值，中跨跨中部分值为0。通常而言，处于活载作用状态下，直线梁与曲线梁扭矩最大值变化基本相同。处于恒载与活载双重作用之下，直线梁与曲线梁之间并没有较大的差距。剪力处于支点区域时，直线梁的值大于曲线梁。由此可见，针对普通的曲线梁设计，设计人员应按照直线梁计算方式进行计算，基本能够满足要求，且确保了桥梁的使用安全。
第三，梁体变形方面。设定直线梁以及曲线梁同时处于荷载状态下，对比两者在竖向、横向以及转移角等相关位移分量之间的差别。处于活载状态之下，直线梁与曲线梁的竖向数值以及位移形状最大值基本相同，所有最大值存在于中跨跨中部分，最大值与跨度值的基本相同。恒载所产生的位移，最大值则位于边跨处，直线梁数值较大。曲线梁处于恒载与活载的双重作用下，都会产生横向位移以及转角的现象。
第四，预应力损失。设计人员还需对比直线梁以及曲线梁在各方面的预应力损耗值。针对管道摩阻损耗，曲线梁因为受到钢束平弯的干扰，相比直线梁，其损失量更多，但所得差值较小，基本可以控制于10MPa之内。而在锚具变形以及预应力钢束松弛方面的损耗量，直线梁与曲线梁之间并没有太大茶具。由弹性压缩以及混凝土缩进以及渐变所引发的预应力损耗方面，直线梁多于曲线梁。排除上述各项预应力损耗之后，在大部分钢束有效预应力方面，曲线梁损耗值明显多于直线梁，仅顶板合龙束一项，曲线梁损耗值少于直线梁。通过上述分析可以得出，针对普通曲线梁而言，纵向应按照直线梁的计算方式进行设计，基本可以符合设计的需求，同时保证了桥梁的施工质量。
除了获取静力计算结果并对结果进行分析之外，还需研究其动力特性。设计人员需先建立直线梁与曲线梁的梁单元模型，计算实际情况下桩基础所具有的刚度，同时转换桥面二期恒载值，将其转换为质量，并使用迭代的方式计算主桥梁5阶之前振型。通过对振型的分析，可以得出，直线梁同曲线梁所需自振周期基本相同，但整体而言，曲线梁较大，两者振型形状基本相同。
结语
大跨径连续桥梁的受力情况极为复杂，虽然在该方面的理论知识较多，但往往无法在实际设计中应用，也不容易被理解。实际设计工作中，针对半径值较大的曲线梁，往往按照直线梁进行设计。但针对小半径平曲线段的曲线梁而言，影响其设计的因素过多，便无法按照大半径曲线梁设计方式进行设计。故而，设计人员应不断提升自身设计水平，在实际设计工作中，综合考虑各项影响因素，以便提升小半径平曲线段大跨径连续桥梁设计水平，确保施工质量，延长桥梁的使用寿命。
参考文献
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