港口工程引橋與公路簡(jiǎn)支橋設(shè)計(jì)要點(diǎn)

遲玉畢

摘 要：下文中，筆者將對(duì)港口工程引橋和普通公路簡(jiǎn)支橋進(jìn)行對(duì)比分析，從橋梁橫斷面與設(shè)計(jì)規(guī)格、橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部受力分析、橋梁工程項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)成本與投資等幾方面，重點(diǎn)闡述如何通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，提升港口工程引橋的跨越性能；而普通公路簡(jiǎn)支橋的受力分析方法與結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)，能夠?yàn)楦劭诠こ桃龢蛟O(shè)計(jì)起到參考學(xué)習(xí)與借鑒作用。

關(guān)鍵詞：港口橋梁工程；引橋；簡(jiǎn)支橋；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在國(guó)內(nèi)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)水平不斷提高的前提條件下，如何加強(qiáng)港口基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，尤其是港口工程項(xiàng)目中的引橋設(shè)計(jì)，成為有關(guān)單位與設(shè)計(jì)人員亟需思考與解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。港口工程引橋和橋梁工程簡(jiǎn)支橋均為以承受垂直荷載為主的結(jié)構(gòu)體系，兩者之間有較強(qiáng)的可比性，港口工程引橋的設(shè)計(jì)和施工嚴(yán)格執(zhí)行水運(yùn)行業(yè)規(guī)程和規(guī)范，由于使用條件的差異和長(zhǎng)久業(yè)已形成的行業(yè)習(xí)慣，我們將對(duì)港口工程引橋與普通公路簡(jiǎn)支橋二者的施工技術(shù)與設(shè)計(jì)要點(diǎn)，做出比較分析，從二者在設(shè)計(jì)方案中的不同之處，探尋港口工程引橋設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)注意的設(shè)計(jì)事項(xiàng)。

1 設(shè)計(jì)規(guī)范

無(wú)論是港口工程引橋設(shè)計(jì)，還是普通公路簡(jiǎn)支橋設(shè)計(jì)，都應(yīng)當(dāng)遵守國(guó)家關(guān)于建筑施工質(zhì)量規(guī)范的要求，尤其在港口工程引橋設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)引橋的使用目標(biāo)、車輛通行規(guī)模與載重等因素考慮進(jìn)去，港口工程設(shè)計(jì)規(guī)范和公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范的差異必然對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)生多方面的影響。

1.1 汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)及其加載

港口工程荷載規(guī)范（JTJ215-98）規(guī)定，作用在港口工程結(jié)構(gòu)上的汽車荷載，應(yīng)包括各種汽車和平板掛車，汽車荷載按單輛汽車重量分為：10、15、20、30、55噸，共5個(gè)等級(jí)?？傊亓?0噸以下的汽車按兩輛排列，30噸以上的汽車和平板掛車可按單輛布置，相鄰兩車廂橫向凈距不應(yīng)小于0.1m；縱向前后輛車的軸距不應(yīng)小于4.0m，汽車荷載的沖擊系數(shù)（透空式結(jié)構(gòu)）可取1.1～1.3。

公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTJ021-89）中的汽車荷載以汽車隊(duì)表示，分為汽車-10級(jí)、汽車-15級(jí)、汽車-20級(jí)和汽車-超20級(jí)，共4個(gè)等級(jí)，每種車隊(duì)最大單輛汽車重量分別為15噸、20噸、30噸和55噸，縱向前后車的最小軸距分別為5、5、10、10m。按兩列車布載時(shí)，相鄰兩車箱橫向凈距規(guī)定為0.6m，汽車荷載不予折減，當(dāng)橋而寬在9～12m時(shí)，按三行車隊(duì)布載，汽車荷載折減20%，按四行布載，折減30%，但不得小于兩行車布載結(jié)果。汽車荷載沖擊系數(shù)按橋跨長(zhǎng)度進(jìn)行規(guī)定，L≤5m時(shí)，沖擊系數(shù)為1.3，當(dāng)L≥45m時(shí)，沖擊系數(shù)為1.0，跨度在5～45m之間，以內(nèi)插法求得。掛車荷載加載時(shí)不考慮與汽車荷載組合。

港口工程引橋設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)結(jié)合現(xiàn)實(shí)工程情況與施工技術(shù)，將引橋通行車輛劃分成不同的載重級(jí)別，并根據(jù)車輛的載重?cái)?shù)值、前后車長(zhǎng)、車輛應(yīng)當(dāng)保持的合理間距，分析引橋的設(shè)計(jì)方案。與普通公路簡(jiǎn)支橋相比，港口工程引橋?qū)囕v的通行規(guī)格與跨度需求較低，對(duì)通行車輛的數(shù)量需求也較低，港口工程引橋中車輛行駛的速度較慢，以上因素都應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)方案中有所考慮和體現(xiàn)。港工荷載規(guī)范對(duì)三、四車道，或引橋跨徑較大的情況缺乏相應(yīng)的規(guī)定，如仍按單輛和兩輛排列，則引橋通過(guò)能力受到限制并影響碼頭通過(guò)能力。普通公路簡(jiǎn)支橋的設(shè)計(jì)方案中，通常對(duì)通行車輛按照不低于40km每小時(shí)的行駛速度計(jì)算，同時(shí)參考簡(jiǎn)支橋的預(yù)計(jì)使用年限、安全防范指標(biāo)，將橋梁基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與養(yǎng)護(hù)管理成本，與橋梁運(yùn)輸所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)進(jìn)行比較。

1.2 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)

港工結(jié)構(gòu)規(guī)范引入了結(jié)構(gòu)重要性要數(shù)γ0，按構(gòu)件破壞后果很嚴(yán)重、嚴(yán)重和不嚴(yán)重分別取值1.1、1.0和0.9，幾個(gè)荷載系數(shù)；γG一永久作用分項(xiàng)系數(shù)，對(duì)自重、預(yù)應(yīng)力取值1.2；γQ一永久可變作用分項(xiàng)系數(shù)，汽車、掛車等取值為1.4。橋規(guī)中未考慮結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，但引入了荷載安全系數(shù)，針對(duì)恒載和汽車荷載其分項(xiàng)系數(shù)分別為1.2和1.4，與港工規(guī)范γ0=1.0時(shí)相對(duì)應(yīng)，掛車荷載為1.1，比港工結(jié)構(gòu)規(guī)范規(guī)定的1.4小，但考慮了在計(jì)算荷載的基礎(chǔ)上可能出現(xiàn)的活載超載或恒載超載，根據(jù)車輛效應(yīng)占總效應(yīng)的百分比，上述取值予以不同程度的提高（不超過(guò)5%）。

2 結(jié)構(gòu)分析和計(jì)算

無(wú)論是港口工程引橋還是普通公路簡(jiǎn)支橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，都應(yīng)當(dāng)包含縱向承重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與橫向傳力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩個(gè)主要方面，采用I形、T形、箱形或者板行橫截面設(shè)計(jì)的方案，有利于將縱向承重結(jié)構(gòu)連接起來(lái)，起到穩(wěn)固橋梁架構(gòu)的作用。根據(jù)梁的不同構(gòu)造去選擇空間結(jié)構(gòu)的計(jì)算圖式進(jìn)行力學(xué)分析，求出各截面位置的內(nèi)力影響線，按最不利位置加載求出最大設(shè)計(jì)內(nèi)力，這顯然是十分繁復(fù)的。

工程設(shè)計(jì)實(shí)踐過(guò)程中，一般應(yīng)用“荷載橫向分布”這一概念，把空間計(jì)算問(wèn)題合理地簡(jiǎn)化為平而問(wèn)題來(lái)解決，也即空間理論的實(shí)用訓(xùn)算方法對(duì)一座梁板式和多片主梁的引橋或簡(jiǎn)支橋，首先求得各片主梁的橫向影響線，然后根據(jù)不同活載按橫向最不利位置排列，求得各片卞梁分配到的橫向荷載最大值mp，（m為主梁在橫向分配到的最人荷載比例，稱為橫向分配系數(shù)）。主梁就可以按承受外荷載mp的單梁進(jìn)行縱向的設(shè)計(jì)計(jì)算。很顯然，簡(jiǎn)化訓(xùn)算過(guò)程中，m值與精確解的差別將直接關(guān)系到主梁設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)和安全。

綜上所述，由于港口工程引橋設(shè)計(jì)和普通公司簡(jiǎn)支橋設(shè)計(jì)既有聯(lián)系、又有所區(qū)別，二者在承重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面非常相似，但在行業(yè)領(lǐng)域施工規(guī)范、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、工程目標(biāo)方面存在較大不同，從設(shè)計(jì)規(guī)范、結(jié)構(gòu)分析計(jì)算、構(gòu)造和設(shè)計(jì)習(xí)慣等方面，對(duì)港口工程引橋和橋梁工程簡(jiǎn)支橋的設(shè)計(jì)差異進(jìn)行比較，兩者可以互相借鑒，不僅有利于橋梁工程考慮特殊條件下的工程安全，同樣有利于港口工程引橋向大跨度方向的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)安全、經(jīng)濟(jì)的雙重目標(biāo)。

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（作者單位：大連港口設(shè)計(jì)研究院有限公司）