異形梁橋設(shè)計探討

郭才廣

（中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司 武漢 430063）

在城市高架橋和立交樞紐工程中，存在較多的異形橋梁，平面一般表現(xiàn)為人字形和褲衩形，往往由直線梁和曲線梁以各種方式相結(jié)合，跨徑大都在20～40m。傳統(tǒng)的規(guī)則梁、板構(gòu)件已不能適應(yīng)橋梁對線形的要求。為了滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)濟合理和橋?qū)掃m應(yīng)車道變化，立交橋往往采用各種平面異形的現(xiàn)澆板或梁，特別是在主橋與匝道的分（合）點多采用異形變截面曲線橋，以達(dá)到力學(xué)和美學(xué)上的雙重要求。

由于構(gòu)造的特點造成了異形箱梁橋與一般箱梁橋有著很大的差別，分叉橋上行車線路交叉重疊，活載作用下的相互影響會造成各支點橫向受力分布不均，甚至出現(xiàn)超載或脫空現(xiàn)象。同時異形結(jié)構(gòu)空間效應(yīng)顯著，支承條件任意，受力狀態(tài)復(fù)雜，具有彎扭耦合的特性。了解此類橋梁的空間受力特性，是確保設(shè)計質(zhì)量的基礎(chǔ)。下面結(jié)合設(shè)計實例，對異形梁橋設(shè)計中的一些常見問題進(jìn)行探討。

武漢三環(huán)線在與珞瑜東路交叉互通中，因受地形條件及城市既有地面道路限制，共設(shè)計有4片分叉梁，并采用不等高腹板調(diào)節(jié)橋面橫坡。為節(jié)省材料及降低橋梁建筑高度，門式墩蓋梁采用箱梁橫梁外伸形成挑臂。由于主橋采用雙柱墩，為保持視覺上的連續(xù)性及從美觀考慮，在分叉梁匝道與主橋的結(jié)合段范圍內(nèi)，主橋下仍布設(shè)雙柱墩。

1 孔跨布置

由于該立交第2～6聯(lián)位于互通第一層，橋面距離地面高度在10～15m之間，同時考慮地形、地質(zhì)條件，根據(jù)平原區(qū)梁橋最適宜的跨高比1．618擬定橋梁跨徑采用20m，并在主橋及匝道橋分叉（會合）點設(shè)置橋墩。其中第3聯(lián)與第5聯(lián)反對稱，第2聯(lián)與第6聯(lián)反對稱，但匝道接入主橋段孔跨數(shù)及門式橫梁設(shè)置位置略有不同。異形梁平面布置見圖1。

圖1 異形箱梁平面布置圖

孔跨布置時，墩柱一般設(shè)置在橋面變寬點、主橋與匝道的分（合）點以及對應(yīng)地面方便立墩柱的地方。由于主橋與匝道橋分（合）點受力及構(gòu)造復(fù)雜，且匝道與橫梁一般為斜交，為保證結(jié)構(gòu)整體性及穩(wěn)定性，該處一般為固結(jié)。由于地形條件限制（如既有或規(guī)劃道路），無法在支座處設(shè)置墩柱，為避免孔跨過于凌亂，城市立交橋多采用門式墩，將箱梁橫梁外伸形成門式墩蓋梁則是降低橋梁高度的有效途徑，從力學(xué)、美學(xué)及經(jīng)濟角度考慮，都是不錯的選擇。

2 箱梁分室

在橋面變寬段，為維持箱梁外觀在視覺上的連續(xù)性，一般保持箱梁懸臂等長，采用箱室變寬進(jìn)行擬合。中腹板定位方式采用平行外腹板和折線過渡相結(jié)合的方式，必要時可通過在個別較寬箱室增設(shè)腹板來縮小該箱室開間距離，保證結(jié)構(gòu)安全。分室同時要考慮橋面實際車道的位置，如能保證輪跡線位于腹板附近為最佳。結(jié)合彎箱梁的受力特點，異形箱梁外側(cè)腹板或曲線外側(cè)腹板的厚度一般設(shè)計較厚，而靠內(nèi)側(cè)的腹板、與岔道箱梁連接的腹板則相對較薄。

跨間橫隔板的布置對于保證箱梁各室的共同工作和防止多室箱梁橫斷面的畸變尤為重要。本例跨徑及橋?qū)捑^小，可不設(shè)跨間橫隔板。對于橋?qū)捿^大、箱室較多（一般3個或以上）時，宜根據(jù)跨徑加設(shè)一道或多道跨間橫隔板，以增強箱梁橫向剛度。

3 異形梁分聯(lián)

由于異形梁平面的不規(guī)則性，且多為分叉或變寬，結(jié)構(gòu)受力十分復(fù)雜，故異形梁的分聯(lián)不宜過長，一般為60～90m，孔跨不宜過多，一般為3～4跨，采用2跨或5跨以上情況則相對較少。為保證伸縮縫與梁垂直或不出現(xiàn)折線橫梁，往往將分叉或變寬部分劃在同一聯(lián)內(nèi)，以減少同一工程范圍內(nèi)異形梁聯(lián)數(shù)。

從圖1可見，第2聯(lián)及第6聯(lián)異形梁匝道部分梁長較長，致使結(jié)構(gòu)質(zhì)心與形心偏離較遠(yuǎn)，在支承位置相對固定的情況下，對異形梁整體穩(wěn)定性不利；尤其是匝道梁剛度相對異形梁主體部分較弱，導(dǎo)致匝道梁受力環(huán)境較差。從結(jié)構(gòu)安全和受力合理上考慮，宜將第2聯(lián)異形梁匝道部分的末端2孔斷開，將其劃分給相鄰的下一聯(lián)，斷開處可設(shè)T形墩，如受橋下被交道凈空限制無法設(shè)置蓋梁，也可采用I形墩，同時箱梁端設(shè)置牛腿進(jìn)行過渡。第2聯(lián)重新分聯(lián)后平面布置見圖2。

圖2 第2聯(lián)異形箱梁重新分聯(lián)后平面布置圖

同理，宜將第6聯(lián)異形梁匝道部分的末端1孔從門式橫梁中心斷開，劃分給相鄰的下一聯(lián)，門式墩柱頂根據(jù)橫梁布置做順橋向局部擴頭，原來放1個支座的地方改放2個并排支座，伸縮縫僅在橋面范圍設(shè)置，第6聯(lián)異形箱梁重新分聯(lián)后平面布置見圖3。

圖3 第6聯(lián)異形箱梁重新分聯(lián)后平面布置圖

結(jié)構(gòu)計算表明，重新分聯(lián)后，上述2聯(lián)異形梁的結(jié)構(gòu)形心更靠近其質(zhì)心，對支座沉降及溫度變化等適應(yīng)性增強，梁體穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)受力大為改善。

4 結(jié)構(gòu)計算

采用橋梁博士v3．2的斜彎橋模塊做異形梁的結(jié)構(gòu)計算，同時采用3D－BSA’2006對比分析計算。對于此類異形箱梁的結(jié)構(gòu)計算，目前設(shè)計院最常用的是梁格法，因為無論從工作效率、還是保證工程可靠度方面考慮，梁格法都是首選。

在箱梁橫向劃分梁格時，一般根據(jù)漢勃利提出的原則，即應(yīng)當(dāng)使劃分以后的各工形的形心大致在同一高度上［1］。對于有腹板的箱型、T形梁橋，其梁格模型中縱向主梁的個數(shù)應(yīng)當(dāng)是腹板的個數(shù)。對于實心板梁，縱向主梁的個數(shù)可按計算者意愿決定［2］。按此原則劃分，可使計算結(jié)果更接近于實際值。

由于主橋與匝道橋分（合）段的門式墩共設(shè)置了3個支座，且間距相差較大，由活載作用下的相互影響造成橫梁各支點受力不均，出現(xiàn)超載或脫空現(xiàn)象。以第3聯(lián)8號墩橫梁為例，見圖4。

圖4 第3聯(lián)8號墩橫梁立面圖

出于景觀上考慮，1，2號墩柱采用主橋柱間距，且1，2，3號墩柱在材料、尺寸外觀等方面一致。計算表明，由于1，2號墩柱較2，3號墩柱距離小很多，在運營狀態(tài)下，2號墩支座出現(xiàn)超載情況，1號墩柱支座出現(xiàn)負(fù)反力，即所謂的支座脫空。從結(jié)構(gòu)安全考慮，本次在蓋梁上部1～2號墩柱之間加了預(yù)應(yīng)力束1，利用預(yù)應(yīng)力筋1產(chǎn)生的次反力消除部分2號墩支座的支反力，從而達(dá)到1，2號墩支座均勻受力的目的。

5 結(jié)語

由于預(yù)制結(jié)構(gòu)的構(gòu)件種類繁多、模板復(fù)雜及施工麻煩，故異形橋多采用現(xiàn)澆連續(xù)板或多室箱異形梁，就是利用其整體性好、翼緣伸臂長、結(jié)構(gòu)抗扭剛度大、外觀簡潔、建筑高度小和便于用梁格法分析的優(yōu)點。適宜的孔跨布置、分聯(lián)點選取及箱室構(gòu)造在異形梁設(shè)計中尤為重要，可以大大降低設(shè)計及結(jié)構(gòu)計算的難度，并減小后期使用的維護費用。這些均沒有現(xiàn)成的規(guī)章可循，需要設(shè)計者在實際工作中不斷地總結(jié)和摸索。

［1］ 漢勃利 E C．橋梁上部構(gòu)造性能［M］．郭文輝，譯，北京：人民交通出版社，1982．

［2］ 孫廣華．如何用梁格法計算曲線梁橋［J］．橋梁，2006（5）：36－39．