公路橋裝配式簡支梁優(yōu)化設計

矣 濤 楊 偉

(云南省交通規(guī)劃設計研究院，云南 昆明 650000)

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公路橋裝配式簡支梁優(yōu)化設計

矣 濤 楊 偉

(云南省交通規(guī)劃設計研究院，云南 昆明 650000)

介紹了某公路裝配式簡支梁橋的結(jié)構形式、橋面布置、設計荷載等，從截面、橋梁矢跨比、主梁橫向連接等方面，闡述了該橋梁結(jié)構的優(yōu)化措施，指出優(yōu)化方案既提高了橋梁結(jié)構的承載力，又節(jié)約了成本。

裝配式簡支梁，主梁，結(jié)構形式，矢跨比

0 引言

裝配式鋼筋混凝土簡支梁(以下簡稱鋼混簡支梁)的結(jié)構是單孔靜定類型，其特點是結(jié)構簡單、受力非常明晰且施工簡單方便等。在工程施工過程中該種結(jié)構在設計時更加趨近于標準化，因此在工地、工廠等不同施工場所均采用工業(yè)化流水線施工方式，進行大規(guī)模、規(guī)范性的預制生產(chǎn)，后期安裝時可以借助起重機械協(xié)助完成。截至目前絕大多數(shù)的鋼混簡支梁均為T形梁，國家相關部門也專門針對該種結(jié)構制定相應的跨徑標準(主要為20 m，30 m和40 m 3個標準)。公路梁橋設計時遵循的基本標準即若干主梁(T形截面)和與之垂直的橫隔梁組成，采用焊接橫隔梁翼緣板等形式將結(jié)構連成一個整體。

1 工程概況

1.1 結(jié)構形式及基本尺寸

某公路裝配式簡支梁橋，標準跨徑20 m，雙向雙車道布置，橋面寬度為凈7 m+2×1.5 m，總寬10 m。主梁為裝配式鋼筋混凝土簡支T梁，橋面由6片T梁組成，主梁之間鉸接，沿梁長設置5道橫隔梁(橫隔梁平均厚度為16 cm，高110 cm)。

1.2 橋面布置

橋梁位于直線上，兩側(cè)設人行道，人行道寬1.5 m、人行道板厚0.20 m。橋面鋪裝為2 cm厚的瀝青混凝土，其下為C25混凝土墊層，設雙面橫坡，坡度為1.5%。橫坡由混凝土墊層實現(xiàn)變厚度，其中，兩側(cè)人行道外側(cè)橋面鋪裝厚度為8 cm(2 cm厚瀝青混凝土和6 cm混凝土墊層)。

1.3 主梁

裝配式鋼筋混凝土T形梁橋總體特征見表1。

表1 裝配式鋼筋混凝土T形梁橋總體特征

1.4 材料

1)梁體：主梁混凝土C35；橫梁混凝土C30；鋼筋混凝土容重25 kN/m3；2)鋼筋：主筋熱軋HRB335鋼筋；構造鋼筋，軋HPB300鋼筋；3)橋面鋪裝：瀝青混凝土，容重為22 kN/m3；混凝土墊層C25，容重為24 kN/m3；4)人行道：單側(cè)人行道包括欄桿荷載集度為6 kN/m。

1.5 設計荷載

設計荷載見表2。

表2 設計荷載

1.6 設計規(guī)范要求

《涵設計通用規(guī)范》《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》《橋梁工程》《混凝土結(jié)構設計規(guī)范》《結(jié)構力學》《橋梁通用構造及簡支梁橋》。

2 裝配式簡支梁橋優(yōu)化設計方案

2.1 截面優(yōu)化設計采用箱式截面方案

1)梁式橋設計的主要內(nèi)容是對其橫截面布置形式進行確定，除主梁橫截面形式外還要細化到梁與梁之間的間距以及每個部位的具體尺寸等；這些參數(shù)將會影響整個橋體的建筑高度、施工需求、立面的布置形式、經(jīng)濟實用性以及美觀度等。

2)若以現(xiàn)階段已經(jīng)完工的大跨徑預應力混凝土梁橋為參考，則在此基礎上將跨徑增加20 m長度，其所形成的箱式截面是最為適宜的形式。箱式截面的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是該種截面的抗扭剛度非常大，尤其是采用懸臂施工方式的橋梁而言在作業(yè)時更加方便且穩(wěn)定性更好；二是能夠很好的抵抗正/負彎矩，箱式截面頂?shù)装宓拿娣e均比較大，因此抵抗正向、負向彎矩的能力相對更強，可以滿足施工過程中的各種配筋要求；三是箱式截面的動力特性也非常顯著。

3)箱式截面常見的類型較多，單箱類的有單室、雙室和多室之分；雙箱類也有單室、雙室和多室之分。若單從截面的受力情況進行分析，其單箱形式中的雙室截面具有省材料、施工方便且受力明晰的優(yōu)點，所以較為常用。

2.2 橋梁矢跨比優(yōu)化設計

拱肋是否平坦取決于矢跨比，同時矢跨比也會對拱腳水平方向的推力產(chǎn)生影響，若拱軸線符合“五點重合法”要求，其可以根據(jù)下列公式計算出拱腳水平方向推力數(shù)值：

(1)

其中，H為拱腳水平推力值；q為拱肋上部的所有載荷作用集度；L為拱肋跨徑值；f為拱肋矢量高度值。根據(jù)式(1)的變量關系，假定跨徑L值一定，若矢跨比增加則拱腳水平推力會相應減小。在常規(guī)的橋梁施工中，橋梁的矢跨比范圍在1/3.5～1/6之間，另外矢跨比對于橋梁結(jié)構造型上會產(chǎn)生影響，所以相較更為合適的分配比例即橋面下矢高為1/3f，而橋面上矢高為2/3f。如果矢跨比范圍在1/4～1/5之間同時還應該注重其橋梁美觀度，本項目的矢高值定為38 m，矢跨比為1/4.16,則橋面下矢高為12.5(0.33f)，橋面上矢高為25.5(0.67f)。

2.3 預應力梁橋優(yōu)化

本文對于簡支梁橋采用預應力簡支梁橋進行優(yōu)化設計。預應力簡支梁橋相對于普通的裝配式簡支梁橋而言有諸多優(yōu)點。預應力結(jié)構可以有效地避免混凝土開裂，能充分發(fā)揮高強材料的特性，促使結(jié)構輕型化，相比于鋼混梁預應力混凝土連續(xù)梁橋(以下簡稱預應力橋)的跨越能力更為優(yōu)秀，除此之外預應力橋具有剛度大、載荷能力強、變形小、伸縮縫現(xiàn)象少、行車平穩(wěn)性高、維修和氧化簡單等特點。預應力簡支梁橋的施工過程中也有許多便捷之處，在預應力簡支梁橋施工過程中，對于T形截面梁、矮箱可以集零為整,將其變換成連續(xù)梁，梁之間的跨徑范圍在20 m～50 m之間，橋孔的設置也應該遵循等跨徑的原則，該種結(jié)構的施工工藝、工序等均較為成熟，無需使用起吊設備進行協(xié)助；預制梁以及其他的下部結(jié)構均可進行平行施工，提升施工效率縮短施工周期。正是因為預應力橋梁具有以上優(yōu)點，所以在現(xiàn)如今的橋梁建設中應用日趨廣泛。

2.4 裝配式梁橋主梁的橫向連接

裝配式T形梁橋通常借助橫隔梁作為橋面板的接頭，把單片的主梁連接成整體。接頭要有足夠的強度，以確保橋梁結(jié)構的整體性，并使其在使用過程中不致因荷載反復作用和沖擊作用而發(fā)生松動。裝配式T形梁橋主梁的橫向連接，常用的接頭形式有鋼板接頭、扣環(huán)接頭、企口鉸接和螺栓接頭等。頭鋼板分別設在橫隔梁靠近下緣的兩側(cè)和T形梁翼緣板上，預埋鋼板與橫隔梁的受力鋼筋焊在一起做成安裝骨架。當T形梁安裝就位后，即可在預埋焊接鋼板上加焊蓋接鋼板使其連成整體。

3 設計方案的優(yōu)點

1)預應力混凝土結(jié)構充分將高強度混凝土和鋼筋的特性進行綜合，因此其建筑構件的截面大幅減小，構件自重彎矩所占比例也顯著減小，繼而提升和改進了橋梁的跨越能力。

2)相比于傳統(tǒng)的鋼混梁，預應力梁能夠節(jié)省約30%以上的鋼材，在設計時跨徑越大(保證施工要求基礎上)則材料越節(jié)省。

3)全預應力梁即使在重載荷下也不會出現(xiàn)裂縫情況，在使用時整個截面均承擔壓力，因此該種梁的剛度會顯著提升。

綜上所述，預應力梁不僅可以降低橋梁的截面，降低施工難度，同時可以通過增加跨徑方式提升橋梁的美觀度，避免橋體出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，后期便于維修和保養(yǎng)，且具有更好的耐久性特點。

4 結(jié)語

本文通過相應的理論分析，針對具體的項目，對原橋梁的截面、矢跨比、采用預應力簡支梁橋等方面進行了優(yōu)化設計。優(yōu)化設計方案不僅能提高橋梁結(jié)構的承載能力和耐久性，還能節(jié)約成本。近年來，我國經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，交通運輸是促進經(jīng)濟交流的樞紐，公路橋梁項目不斷增加，而裝配式簡支梁橋的諸多優(yōu)點可以更好的被人們所應用，為國家的發(fā)展提供助力。

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The optimization design of prefabricated simple supported beam of highway bridge

Yi Tao Yang Wei

(YunnanTrafficPlanningandDesignInstitute,Kunming650000,China)

This paper introduced the structure type, bridge deck layout, design loads etc. of a highway prefabricated simple supported beam bridge, from the section, bridge vector cross ratio, main girder transverse connection and other aspects, elaborated the optimization measures of the bridge structure, pointed out that the optimization scheme not only improved the bridge structure bearing capacity, and reduced the cost.

simple supported beam, main girder, structural form, vector span ratio

1009-6825(2016)24-0171-02

2016-06-03

矣 濤(1984- )，男，工程師； 楊 偉(1983- )，男，工程師

U448.217

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