高速公路預(yù)制橋梁布梁設(shè)計(jì)探討

何湘峰 何艷芳 李光波

(1.廣東省公路勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，廣東廣州 510507;2.中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西西安 710075)

高速公路中大多數(shù)橋梁為預(yù)制橋，且大量預(yù)制橋布置在路線平曲線內(nèi)，形成彎橋，如何使直的預(yù)制梁適應(yīng)彎的平曲線形，是布梁設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。精細(xì)、合理的布梁方案不但可以減少預(yù)制梁長和蓋梁種類，從而降低施工難度，減少施工單位的工作量和錯(cuò)誤發(fā)生幾率，而且能使直線梁較平順地以直代彎，以折代彎，吻合路線線形，滿足外形美觀。布梁方式概括起來可分為兩種:一種為平行布梁法，一種為徑向布梁法。所謂“平行”和“徑向”，其實(shí)質(zhì)是指橋墩(臺(tái))蓋梁彼此間的位置布置關(guān)系，而不是指主梁的位置關(guān)系。下面結(jié)合圖形具體介紹這兩種方法的概念、具體做法和優(yōu)缺點(diǎn)，并最終提出各自適用范圍的建議。

1 平行布梁法

1.1 概念

平行布梁法是指將各個(gè)橋墩以及橋臺(tái)按蓋梁中心線彼此平行的關(guān)系布置，然后再在這樣的墩臺(tái)上布置主梁的方法。特點(diǎn)是各蓋梁相互平行，而各蓋梁中心線與路線中心線切線方向的夾角則互不相同，如圖1所示。

圖1 平行布梁法示意圖

平行布梁法又可分為直線布梁法及折線布梁法兩種。直線布梁法是指全橋蓋梁橫橋向的中點(diǎn)位于一條直線上，即以直代彎、彎橋直做;折線布梁法是指全橋蓋梁橫橋向中點(diǎn)連線成折線狀，相鄰兩孔的主梁軸線之間存在大于0°的夾角，即以折代彎，彎橋折做。

1.2 適用范圍

一般來說平行布梁法適用于橋梁孔數(shù)不大于3孔的中小橋梁，并且直線布梁法不適用于曲線半徑過小的橋梁。

1.3 操作方法

1)直線布梁法:以橋跨起終的連線作為布梁基線，均分布梁基線，將其法線旋轉(zhuǎn)至設(shè)計(jì)角度得到墩臺(tái)軸線，按梁板的寬度偏置布梁基線與墩臺(tái)軸線相交得到各片主梁的梁位，如圖2所示。如果布梁結(jié)果使得梁邊緣與路線邊緣矢高過大，超過了梁翼緣調(diào)整的范圍，可以對(duì)整座橋進(jìn)行中心軸在橫橋向平移，以均分橋梁左右兩側(cè)的翼緣差;或者可以把整個(gè)橋做寬，畫線的時(shí)候按設(shè)計(jì)的曲線畫，但是這種方法做出的橋梁美觀方面欠佳，一般用的比較少。

圖2 直線布梁法梁位圖

2)折線布梁法:作出橋梁中點(diǎn)處路線中心線的法線，并且旋轉(zhuǎn)法線至橋梁的設(shè)計(jì)角度，復(fù)制該旋轉(zhuǎn)后的直線至各個(gè)墩臺(tái)與路線中心線的交點(diǎn)處(標(biāo)準(zhǔn)跨徑計(jì)算出的墩臺(tái)軸線與路線中心線交點(diǎn))，得到各個(gè)墩臺(tái)軸線。在墩臺(tái)蓋梁中心線上找到各片梁的支撐點(diǎn)，然后連接相鄰兩孔同一片梁的兩個(gè)支撐點(diǎn)，得到各片主梁梁位，見圖3。

圖3 折線布梁法梁位圖

1.4 優(yōu)缺點(diǎn)分析

平行布梁法設(shè)計(jì)出的橋梁全橋的墩臺(tái)中心線均平行，直線布梁法可以保證全橋范圍內(nèi)梁板長度相同、板兩端的角度相同，下部的蓋梁尺寸亦相同;折線布梁法至少可以保證一跨內(nèi)梁板長度相同、板兩端的角度相同。無論是直線平行布梁法還是折線平行布梁法對(duì)施工來說平行布梁是最方便的布梁方式，它只需一套模板，甚至不用調(diào)整模板就能將所有梁板預(yù)制好。但是平行布梁的適用范圍相對(duì)較窄，而且直線平行布梁法設(shè)計(jì)過程中涉及到移軸，基樁坐標(biāo)、橋梁高程等計(jì)算中容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，復(fù)核中有時(shí)也難以復(fù)原原設(shè)計(jì)意圖。而折線平行布梁法可能導(dǎo)致不同跨間梁端角度差別較大，這對(duì)于有梁端濕接縫的小箱梁和T梁影響不大，但是對(duì)于梁端只有2 cm空隙的簡(jiǎn)支板來說，就需要對(duì)梁端角度做些調(diào)整。

2 徑向布梁法

2.1 概念

徑向布梁法指墩臺(tái)蓋梁中心線與路線設(shè)計(jì)線切線方向的夾角保持一致，見圖4。

圖4 徑向布梁法示意圖

2.2 適用范圍

徑向布梁法的適用范圍比較廣，幾乎適用于所有預(yù)制拼裝的橋梁。

2.3 操作方法

具體做法是找到墩臺(tái)蓋梁中心線處的路線設(shè)計(jì)線法線，然后旋轉(zhuǎn)至橋梁設(shè)計(jì)角度，得到墩臺(tái)中心線。而后有以下幾種操作方法:

1)相對(duì)于墩臺(tái)中心連線偏置，偏置基線為直線。

2)相對(duì)于路線中心線偏置，布梁時(shí)首先按照每片主梁的寬度偏置設(shè)計(jì)中心線，定位出偏置后曲線與墩臺(tái)蓋梁中心線的交點(diǎn)，再分別連接前后兩蓋梁上的交點(diǎn)，便得到各片主梁的中心線，偏置的基線為曲線。

3)確定梁支撐點(diǎn)，根據(jù)下部一般構(gòu)造，在墩臺(tái)蓋梁中心線上找到各片梁的支撐點(diǎn)，然后連接相鄰兩孔同一片梁的兩個(gè)支撐點(diǎn)，得到各片主梁梁位。

對(duì)于曲線上正交橋梁上述三種方式的結(jié)果相同，對(duì)于斜交橋梁情況則存在差異。

相對(duì)于路線中心線偏置的斜交橋梁，同一跨相鄰主梁的中心線不平行。對(duì)于空心板梁這類沒有縱向濕接縫的結(jié)構(gòu)，而采用墩臺(tái)中心連線作為橋梁偏置基線，要保證相鄰兩片梁相互平行。對(duì)于T梁和小箱梁結(jié)構(gòu)，因具有較寬的縱向濕接縫，以上三種方式均可用。但筆者通過幾年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為確定梁支撐點(diǎn)是最合理的方法，因?yàn)榇朔N方法保持了上下部的統(tǒng)一。對(duì)于曲線邊緣與梁邊緣的差值可以通過翼緣寬度調(diào)整。

2.4 優(yōu)缺點(diǎn)分析

不管徑向布梁采用哪種方式都會(huì)涉及到一個(gè)問題，梁長的問題。對(duì)于梁長選取，設(shè)計(jì)中一般有兩種做法，選取梁長相等，通過橫向濕接縫寬度的變化來實(shí)現(xiàn)曲線內(nèi)外側(cè)的長度差值，這種做法很顯然不適合沒有濕接縫的簡(jiǎn)支空心板橋，對(duì)于圓曲線上至少全橋首尾相接的梁，梁長是一致的。而對(duì)于緩和曲線，幾乎沒有梁長相等的兩片梁，這給施工預(yù)制，存梁，取梁都帶來不小的麻煩。另一種做法是保證梁長不變，調(diào)整橫向濕接縫的寬度。這種方法對(duì)于施工是非常簡(jiǎn)便的，但是對(duì)于較寬的橋或曲線半徑較小的橋，曲線內(nèi)外側(cè)梁長差別較大的，超過濕接縫的可調(diào)整寬度，此辦法就不完全適用了。

3 結(jié)語

布梁要根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)形式，曲線半徑大小，橋梁寬度、跨徑等因素，選擇最適合的方式，減少梁長種類，達(dá)到設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、施工簡(jiǎn)便、外形優(yōu)美的目的。

Inquiry on beam distribution and design of prefabricated highway bridge