關(guān)于斜梁橋設(shè)計(jì)

馬 君

（江西中昌工程咨詢(xún)監(jiān)理有限公司， 江西 南昌）

關(guān)于斜梁橋設(shè)計(jì)

馬 君

（江西中昌工程咨詢(xún)監(jiān)理有限公司， 江西 南昌）

通常，橋有四種：懸索橋、斜拉橋、拱橋和梁橋，其中梁橋又分為正橋和斜橋。當(dāng)橋上的行車(chē)方向線與橋支承線的法線重合時(shí)為正橋，當(dāng)行車(chē)方向線位于橋支承線的法線兩側(cè)，即與該法線成一角度時(shí)為斜橋。從受力情況來(lái)講，斜橋遠(yuǎn)比正橋復(fù)雜。本文主要講述關(guān)于斜梁橋設(shè)計(jì)。

斜梁橋；設(shè)計(jì)

0 前言

本項(xiàng)目是位于在萍鄉(xiāng)秋收起義廣場(chǎng)附近萍水河上的昭萍橋，是一座斜度為40°的右斜橋。其行車(chē)方向線位于橋支承線的法線右側(cè)，與該法線成40°夾角。橋設(shè)兩組橋墩和兩個(gè)橋臺(tái)，共三跨。每跨跨度為20米。采用墩帽大梁上鋪設(shè)預(yù)制板方案，車(chē)行道部分為預(yù)應(yīng)力空心板，人行道部分為仰放鋼筋砼槽型板，均套用有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)圖。預(yù)制板鋪好并灌縫后，車(chē)行道部分鋪一層較厚的現(xiàn)澆砼鋪裝，人行道部分則在槽型板上鋪預(yù)制平板，并做水泥砂漿粉刷，平板下的空間作為管線過(guò)橋之用。上世紀(jì)九十年代中期，該橋墩臺(tái)已建好，其上部構(gòu)造由萍鄉(xiāng)市建筑公司負(fù)責(zé)施工，綜合施工條件、經(jīng)濟(jì)效益以及工期要求等方面考慮，最終決定所有預(yù)制構(gòu)件改為現(xiàn)澆，但由于原設(shè)計(jì)單位拒絕修改。為了保住這個(gè)有較大投資的施工項(xiàng)目，公司決定組織技術(shù)人員成立設(shè)計(jì)小組，報(bào)請(qǐng)上級(jí)批準(zhǔn)后進(jìn)行這項(xiàng)修改設(shè)計(jì)。

1 斜梁橋設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備階段

1.1 做好準(zhǔn)備工作

首先，收集資料，包括設(shè)計(jì)規(guī)范、原設(shè)計(jì)圖紙、建設(shè)單位對(duì)設(shè)計(jì)的具體要求及有關(guān)參考資料等，其次，赴現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地察看，了解現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況；最后，全面掌握收集來(lái)的資料和橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范。

1.2 進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置

首先，考慮現(xiàn)澆鋼筋砼的露天情況，同時(shí)考慮降低計(jì)算的復(fù)雜性，減少計(jì)算工作量，將車(chē)行道與人行道分開(kāi)，并在車(chē)行道橋面中央設(shè)一道通長(zhǎng)的縱縫，同時(shí)在墩臺(tái)支座部位設(shè)置橫縫。把車(chē)行道部分劃分為6塊，人行道部分也分成6塊，每塊即成為一個(gè)計(jì)算單元，支座均為簡(jiǎn)支。

其次，繪制結(jié)構(gòu)平面布置圖和橋的橫剖面圖。這牽涉到要預(yù)先設(shè)定一些數(shù)據(jù)，如橋面梁的截面尺寸和梁的間距、橋面板和鋪裝的厚度、橫隔板的截面尺寸等。

最后，確定梁板端部處理和橫隔板的布置方式。由于斜橋本身特點(diǎn)，同一橫剖面各片梁的縱向與梁跨的相對(duì)位置不同，使梁的撓度變化差異大，這種撓度差會(huì)在車(chē)行道板內(nèi)產(chǎn)生有害的附加力矩。為了減小附加力矩，應(yīng)在擬定梁的截面尺寸、梁的間距、梁支座類(lèi)型、橫隔板的設(shè)置等方面加以考慮。

1.3 車(chē)行道梁板內(nèi)力計(jì)算和截面設(shè)計(jì)

由梁板組成的車(chē)行道計(jì)算單元為一空間結(jié)構(gòu)，且車(chē)輛荷載為移動(dòng)的動(dòng)力荷載，而且本橋?yàn)橐恍倍容^大的斜橋，使得其內(nèi)力計(jì)算非常復(fù)雜。因此，在截面設(shè)計(jì)時(shí)采取必要措施：

1）由于本斜橋斜度較大，但實(shí)際中往往按對(duì)稱(chēng)考慮。將電算給出的最大彎矩保持一定長(zhǎng)度，此長(zhǎng)度在跨度中點(diǎn)兩邊各L/8即2.5米，兩邊共5米。

2）由于電算最大剪力各梁不同，為方便起見(jiàn)，各梁均取同一數(shù)值。

3）根據(jù)斜橋的力學(xué)特點(diǎn)和車(chē)輛荷載移動(dòng)性質(zhì)，必須對(duì)梁作多截面驗(yàn)算。由于電算未提供內(nèi)力包絡(luò)圖，故各驗(yàn)算截面內(nèi)力只好按獨(dú)立梁相應(yīng)截面內(nèi)力乘以系數(shù)求得。此系數(shù)取為電算給出的最大內(nèi)力與獨(dú)立梁最大內(nèi)力之比值。由電算得知，梁內(nèi)力由掛車(chē)-120控制，故按獨(dú)立梁計(jì)算時(shí)亦取掛車(chē)-120的荷載。

4）橋面鋪裝的作用，本來(lái)是排水、抗磨損、擴(kuò)大車(chē)輪荷載的作用面積，以及保證結(jié)構(gòu)的整體性。為了提高梁的安全度，要求施工中做到鋪裝砼與橋面結(jié)構(gòu)層砼有良好的結(jié)合。

2 斜梁橋設(shè)計(jì)階段

2.1 梁板截面設(shè)計(jì)

考慮到車(chē)行道梁板在支座范圍剪力大，故將其截面尺寸予以加大。其做法是對(duì)板加腋，對(duì)梁端部加寬，都是從距支座一小段距離的跨中開(kāi)始向支座逐漸加大尺寸到設(shè)定數(shù)值。截面尺寸驗(yàn)算、配筋計(jì)算均按橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行。梁的受拉主筋布置與建筑工程中的梁大不相同。采用的大直徑、高強(qiáng)度鋼筋，以一根摞一根的形式置于梁中，0.2米寬的梁中布置兩摞受拉主筋，每摞主筋上根與下根之間，按規(guī)范規(guī)定隔一定距離施以雙面電焊，焊縫的具體尺寸規(guī)范亦有明確規(guī)定。同時(shí)，還按計(jì)算設(shè)置彎起鋼筋。梁的箍筋設(shè)置系經(jīng)抗剪和抗扭計(jì)算綜合確定其直徑和間距，同時(shí)將抗扭縱筋配置在梁腹兩側(cè)邊。車(chē)行道板的配筋計(jì)算和布置，一般與建筑樓板者無(wú)甚區(qū)別，只是銳角處的懸臂板配筋，無(wú)論是計(jì)算還是布置都有一點(diǎn)麻煩，必須慎重考慮和處理。

2.2 其它構(gòu)件設(shè)計(jì)

1）車(chē)行道梁板當(dāng)然是橋的最主要組成部分，不過(guò)其它部分也必須設(shè)計(jì)好。

2）人行道梁板設(shè)計(jì)。采用薄腹梁，按簡(jiǎn)支T型梁計(jì)算。板按單跨雙懸臂板計(jì)算。橫撐考慮承受過(guò)橋管線荷載按單跨梁計(jì)算。同時(shí)，由于人行道部分每計(jì)算單元只設(shè)兩根梁，故又按建筑中的雙 T板做過(guò)計(jì)算并進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)按橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3）墩帽大梁設(shè)計(jì)，橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，墩帽大梁按連續(xù)梁計(jì)算。橋面上任一處有車(chē)輛荷載，計(jì)算單元內(nèi)各梁均將受力，因而各梁均會(huì)在墩帽大梁上產(chǎn)生反力，當(dāng)然其大小是不同的。當(dāng)求某一跨大梁內(nèi)力時(shí)，其有利荷載會(huì)同時(shí)產(chǎn)生不利影響，而不利荷載會(huì)同時(shí)產(chǎn)生有利影響。于是決定計(jì)算時(shí)不考試車(chē)輛荷載的橫向分布，由此產(chǎn)生的誤差，在配筋中作適當(dāng)考慮。

3 斜橋梁的荷載試驗(yàn)

3.1 設(shè)定大梁截面尺寸、計(jì)算出大梁各跨的計(jì)算跨度、求出作用在大梁上各種荷載

根據(jù)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，掛車(chē)全橋只考慮一輛，故大梁上車(chē)輛荷載采用汽車(chē)-超20級(jí)車(chē)隊(duì)荷載，并取其可能發(fā)生橋面梁最大支座反力的情況進(jìn)行布置。橋面梁的恒載反力則采用電算提供的數(shù)據(jù)。人行道梁的反力和大梁自重均按實(shí)計(jì)算。所有荷載均按規(guī)范規(guī)定乘以各種系數(shù)。具體的計(jì)算采用傳統(tǒng)的彎矩分配法和結(jié)合萍鄉(xiāng)的習(xí)慣進(jìn)行。經(jīng)過(guò)計(jì)算，求得必須驗(yàn)算的多個(gè)截面的彎矩和剪力。考慮到大梁兩邊橋跨的橋面梁系分別支承在大梁頂面縱向中心線的兩側(cè)，當(dāng)只有一側(cè)有車(chē)輛荷載時(shí)，大梁將同時(shí)發(fā)生扭轉(zhuǎn)，因此還計(jì)算了多截面的扭矩。

3.2 大梁內(nèi)力求出后，即按橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行配筋計(jì)算，并做出具體的鋼筋配置

這包括梁上、下縱向受拉主筋和縱向抗扭鋼筋、橫向抗剪箍筋和抗扭箍筋，當(dāng)然二者系經(jīng)綜合后進(jìn)行配置。由于梁寬較大，故采用內(nèi)箍和外箍組成的四肢箍筋。內(nèi)箍以抗剪為主，外箍以抗扭為主。為了加強(qiáng)每跨梁端部的抗剪能力，還設(shè)置了一定的彎起鋼筋和鴨筋。車(chē)行道梁支座、擋塊和墊塊設(shè)計(jì)。在橋面的銳角處車(chē)行道邊梁下，設(shè)置可在水平方向移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的支座，是減小由于同一橫剖面上各梁的撓度差在橋面板內(nèi)引起附加力矩的措施之一。設(shè)置橡膠支座完全可以滿(mǎn)足這項(xiàng)支座要求，同時(shí)為方便施工，故確定所有梁全部采用圓形板式橡膠支座，其直徑、厚度以及其中的加強(qiáng)鋼板均按設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算確定。

3.3 橋面露天，為防止雨水滲入承載構(gòu)件內(nèi)銹蝕鋼筋，應(yīng)設(shè)置橋面橫坡來(lái)排除雨水

本橋?yàn)閷挊蛎嫘睒颍捎眠@個(gè)方法確實(shí)很不經(jīng)濟(jì)。因此決定采用在橡膠支座下加墊塊的方法來(lái)形成橋面橫坡。各梁墊塊厚度根據(jù)橋面橫坡要求經(jīng)簡(jiǎn)單計(jì)算求得。由于橋面橫坡并不很大，因此最厚的中央墊塊的厚度也不大。墊塊的平面尺寸無(wú)需計(jì)算，只需略大于橡膠支座即可。墊塊砼采用與梁砼相同的強(qiáng)度等級(jí)。為了提高安全儲(chǔ)備，還是在墊塊內(nèi)配置了鋼筋網(wǎng)予以加強(qiáng)。

3.4 橋臺(tái)穩(wěn)定性驗(yàn)算

橋臺(tái)功能是為了承載和擋土。考慮到橋臺(tái)基礎(chǔ)系做在巖層上，基坑由人工錘鑿加工，表面非常粗糙，摩擦系數(shù)很大，滑移不可能發(fā)生，故只需驗(yàn)算抗傾覆穩(wěn)定性。橋臺(tái)抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算并不復(fù)雜，只需計(jì)算出穩(wěn)定力矩和傾覆力矩，二者相除得出穩(wěn)定系數(shù)，再跟設(shè)計(jì)規(guī)范一對(duì)照便可得出結(jié)論。對(duì)于土的容重，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察，憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)定一個(gè)數(shù)值，這可做到比較接近實(shí)際情況。對(duì)于橋臺(tái)的實(shí)際尺寸經(jīng)了解施工時(shí)完全按圖施工，未有變更，因此可從原設(shè)計(jì)圖紙中查得。剩下來(lái)要考慮的就是車(chē)輛荷載布置問(wèn)題。這當(dāng)然要選擇對(duì)橋臺(tái)穩(wěn)定性的最不利布置，即橋跨上無(wú)車(chē)無(wú)人，橋背填土上有車(chē)有人的情況。

驗(yàn)算中的具體計(jì)算，完全按有關(guān)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范之規(guī)定進(jìn)行，車(chē)輛荷載則根據(jù)驗(yàn)算要求并結(jié)合斜橋之實(shí)際可能進(jìn)行布置。經(jīng)過(guò)詳細(xì)的計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，橋上部構(gòu)造改現(xiàn)澆后，現(xiàn)有橋臺(tái)不能滿(mǎn)足抗傾覆穩(wěn)定性要求，必須進(jìn)行加固處理。經(jīng)過(guò)初步核算，決定在橋背下部新做一個(gè)厚實(shí)的矮擋土墻。墻的厚度和高度均經(jīng)計(jì)算確定。其理論依據(jù)是，臺(tái)背土壓力分布圖為一上小下大的梯形，新做擋土墻承擔(dān)土壓力之大頭，這樣橋臺(tái)穩(wěn)定性就有保證，經(jīng)過(guò)驗(yàn)算確實(shí)如此。實(shí)踐證明，這個(gè)加固方案既有效又經(jīng)濟(jì)，更是省時(shí)省力。

此外，由于現(xiàn)澆橋面梁的截面高度比原設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力空心板厚度要大一些，使得臺(tái)帽背墻有所增高，因此同時(shí)對(duì)臺(tái)帽背墻的配筋進(jìn)行了修改。

TU7

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1007-6344（2017）10-0091-01