天津市市政工程设计研究院 300392
摘要：斜、弯桥相对于正桥，有其独特的受力特点。目前的路线设计，中、小跨径桥梁的走向需服从道路的总体走向，有时候因为跨越需求，需要将斜、弯的行车道用于不同的桥梁结构体系。一些市政桥梁，因为景观需求，也会采用斜、弯的上部结构形式。研究不同的桥梁体系与斜、弯的上部结构结合的可行性与其力特点，能有效提升桥梁方案设计的可选择范围。
关键词：斜桥；弯桥；结合；可行性
1.斜、弯桥的受力特点
1．1斜桥的受力特点
影响斜桥受力的主要因素有它的斜交角、宽跨比，以及它的支承形式。对于斜梁桥其受力还与横梁的布置有关。但总体上讲，其受力可用Z形的连续梁来比拟。主要有以下几个特点：
（1）纵向主弯矩比相同斜跨径正常的要小，并随斜交角的增大而减小；
（2）荷载有向支承边的最短距离传递分配的趋势；
（3）纵向最大弯矩的位置，随斜交角的增大从跨中逐渐向钝角部位移动；
（4）横向弯矩比相同跨径的正桥要大；
（5）支承边上的反力分布很不均匀，钝角处的反力可以比正桥大许多倍，而锐角处的反力却有所减小，甚至可以出现负反力；
（6）即使在恒载作用下，桥内也存在扭矩，即有弯扭耦合特性。
1．2弯桥的受力特点
对弯桥的受力有较大影响的因素有：圆心角、桥梁宽度与曲率半径之比、弯扭刚度比以及扇性惯矩。弯桥最主要的受力特点是，截面在发生竖向弯曲时由于曲率的影响，必然产生扭转，而这种扭转作用又将导致梁的挠曲变形，即“弯-扭”耦合作用，这一作用使弯桥具有以下各项受力特点：
（1）由于弯扭耦合，弯桥的变形比同样跨径直桥要大，外边缘的挠度大于内边缘的挠度，而且曲率半径越小，桥越宽，这一趋势越明显；
（2）弯桥即使在对称荷载作用下也会产生较大的扭矩，通常会使外梁超载，内梁卸载，内外梁产生应力差别；
（3）弯桥的支点反力与直线桥相比，有曲线外侧变大，内侧变小的倾向，内侧甚至产生负反力。当曲率半径较小，恒载较大时，应注意在设计上控制内侧支点的负反力，必要时在构造上采取相应的措施，设置拉压支座，同时应防止外侧支座超载；
（4）弯桥的中横梁除具有直线桥中的功能外，还是保持全桥稳定的重要构件，与直线桥相比，其刚度一般较大；
（5）弯桥中预应力效应对支反力的分配有较大影响，计算支座反力时必须考虑预应力效应的影响。
2.斜、弯与各种桥型组合的可行性分析
2．1 斜、弯与梁式体系的结合
我们对于斜、弯桥受力特性的认识就是通过对斜梁桥、弯梁桥的分析中得到的。它们是最早的斜、弯与桥梁的结合体系，发展到现在，已经有了相当多的设计、施工经验，技术也已经非常成熟，被广泛地应用于各种立交匝道、岔路口以及一些景观人行桥等。目前的线路规范，中小桥涵的走向要服从道路的总体走向，将会需要越来越多地斜、弯桥来进行线路协调。
2．2 斜、弯与拱式体系的结合
拱式体系是一种有推力结构，它的主要承重结构是拱肋（或拱箱），以承压为主。拱式体系又可根据是否与梁共同受力分为简单体系拱与组合体系的拱，根据行车道的位置又可分为上承式拱、中承式拱和下承式拱。
2．2．1 斜与拱式体系的结合
对于简单体系的拱桥，由于受力的拱肋与桥面系不共同工作，车道只是负责将桥面荷载（恒载+活载）传递给主拱肋。因而可不考虑斜的桥面系对主拱肋的影响。在这种组合形式下拱还是表现为普通拱桥的受力特点，与斜桥有关的受力特性并不明显。
对于组合体系的拱桥，由于行车道梁与拱组合，二者共同受力，因而斜桥的受力特点将会在整体受力中有所体现。由于斜行车道的弯扭耦合。尤其是对于中下承式，会使两侧吊杆的受力不平衡，而且在同侧吊杆的受力也要比普通中、下承式拱桥复杂。这样，在设计时，就既要考虑二者的共同工作，决定二者之间的受力比例；又要精确计算由于斜的行车系所引起的吊杆受力的不对称、不均匀性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对于无推力的组合式拱，桥面系还要承受较大的轴向压力，斜梁桥在弯曲与轴压共同作用下的受力会是怎么样，会增大其“斜”的受力特点还是减弱，这还需要进行进一步的分析。
2．2．2 弯与拱式体系的结合
简单体系拱桥时，受力的拱与直接承担桥面荷载的弯梁不共同作用，桥面的弯曲作用对于下部主拱肋的影响并不是很大，而且为了方便处理，即使采用弯的梁与主拱结合，梁的弯曲半径一般都比较大，所以弯的特性也就不太明显。当体系为组合体系时，二者共同受力，弯扭耦合作用下，会使两侧拱肋的受力不同，曲线外侧的拱肋会加载，主梁有向外倾覆的危险，则在处理弯梁时应对曲线外侧的拱肋进行加强，或是全桥按照曲线外侧加载的最大内力来进行设计。对于下承式刚要注意两侧吊杆受力的不均匀性，而且要求拱肋具有较大的横向刚度，以防止拱肋太弱在横向不平衡力下产生失稳。总的来说，弯桥与拱式体系结合时，美观性是它的一大优势，全桥线条具有很强的流动性，而且一般来说，不会采用小的曲率半径，弯的特性不会在设计中起控制作用，所以这类型的桥梁已经在工程实践中被多次采用。
如广西南宁大桥，就是一个大曲率半径的弯桥与下承式拱桥相结合的产物。此桥最大的特点是结构美观，如一只展翅的蝴蝶。南宁大桥为非对称肋拱桥，主梁为正交异性钢箱梁位于平曲线上，两个钢箱拱外倾，因主梁位于曲线，故两拱肋外倾角度不等。曲线内侧的拱肋的倾角较大，以抵消由于梁体弯曲所产生的外翻趋势。
2．3 斜、弯与刚架体系的结合
刚架桥是介于梁和拱之间的一种结构体系，它是由受弯的上部梁（板）结构与承压的下部柱（墩）整体结合在一起的结构。由于梁与柱的刚性连接，梁因柱的抗弯刚度而得到卸载作用，整个体系为压弯结构，设计、施工比较复杂。
2．3．1 斜与刚架体系的结合
刚架桥中最难处理的部分是桥墩与梁固结段的受力分析。当上部体系为斜梁时，在处理时不仅要注意墩柱刚度对梁体抗弯的影响，更要注意斜桥弯扭耦合会使该部分的受力更加复杂化，应该进行空间分析，防止这部分的混凝土受拉开裂。
斜梁也可以与连续刚构结合，但这种情况下，结构的受力特性与桥墩的布置关系很大。如果中间墩的布置方向与梁的自由边垂直，则中间各跨都相当于正桥，仅有边跨相当于一段斜梁，“斜”的影响也就仅限于边跨附近，对于中跨影响都不大。而如果中间各墩的采取平行于支承边布置，刚各跨均相当于一两端固结的斜梁，“斜”的特性对桥梁的受力影响较大。但是如果合理进行桥墩设计，还是可以在设计中处理好梁的受力。该种方案也是可行的。
2．3．2 弯与刚架体系的结合
由于弯桥极少以单跨存在，如果弯与刚架结合则必然为弯连续刚构桥。就相当于将连续弯梁桥的各中墩支座撤去，将主梁与墩固结。而且为了适应桥梁的温度变形，桥墩方向应垂直主梁中心线布置，将主梁的变形主要限定在径向。弯桥采用墩梁固结的连续刚构形式也有一定的好处，尤其是在地基较好的地段，既节省了支座费用，也可以在设计中避免支座的偏心计算，而且固结之后扭转的影响就比较小。只是在设计下部的墩台时要考虑弯桥外梁加载的影响，以外梁的最大组合来进行整个墩台的设计，而不能用平均荷载。这种体系在实际工程中也是存在的，已经得到工程证实。
2．4 斜、弯与斜拉桥的结合
斜拉桥是由承压的塔、受拉的索与受压（密索体系）或受弯（稀索体系）的加劲梁组成的一种结构体系。稀索体系是斜拉桥刚发展起来的时候用得比较多的一种方式，因为它的超静定次数比较小，在当时计算机技术落后的情况下便于计算索力。但现在国际上倾向于采用密索体系布置。我们下面主要讨论其与密索体系的结合。
2．4．1 斜与斜拉桥的结合
对于密索体系的斜拉桥，主梁以受轴压为主，梁内弯矩很小。而斜梁的受力特点又主要是在它受弯的时候体现出来，所以，斜梁在密索斜拉桥中并不会体现太多与“斜”有关的特性。而且斜拉桥一般用于跨径比较大的桥梁，这样一来，桥的宽跨比较小，斜桥的特点更加难以表现。斜梁与斜拉的组合在美观上并没有什么突出之处，反而造成边跨端部比较难以处理，并没有太大的实用性。
但是对于荷载较小的人行悬索桥，还是可以与弯梁相结合的。如位于荷兰的Nescio bridge，就大胆采用了弯与悬索组合的形式，采用了钢梁做为加劲梁的截面，主梁在索塔附近分成两个曲率半径较大的弯桥，并且采用了自锚式的悬索体系，桥梁整体的受力相当复杂，但即使在这种条件下，该桥也取得了异常优异的外观效果。
3.结语
通过上边的分析以及与实际工程示例，可以得出这样的结论——斜、弯几乎可以跟现有的所有桥梁形式结合，而且在多数情况下会取得优异的景观效果。只不过这种结合，会使桥梁的受力更为复杂，同时提升工程造价。但是随着工程技术及施工控制水平的发展，会有越来越多的这种类型的桥梁出现。桥梁的发展需要创新！
参考文献：
[1].范立础主编. 桥梁工程[M]. 北京：人民交通出版社，2001
[2].姚玲森主编. 桥梁工程（适用于公路与城市道路工程桥梁工程）[M].北京：人民交通出版社，2002.
论文作者:张学义
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/20
标签：受力论文; 体系论文; 桥梁论文; 组合论文; 斜拉桥论文; 斜桥论文; 曲率论文; 《防护工程》2019年第3期论文;