公路橋梁裝配式橋臺(tái)設(shè)計(jì)分析

文∕彭寧斌、陳小明

1 前言

在公路橋梁裝配式橋臺(tái)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，采取科學(xué)有效的設(shè)計(jì)手法可以提升裝配式橋臺(tái)設(shè)計(jì)效果。就目前而言，在裝配式橋臺(tái)設(shè)計(jì)上需要考慮橋梁結(jié)構(gòu)的整體性與橋臺(tái)承載能力等多方面因素。因此，對(duì)公路橋梁裝配式橋臺(tái)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行分析，并尋找出有效的設(shè)計(jì)方案意義重大。

2 裝配式橋臺(tái)技術(shù)優(yōu)勢

2.1 操作便捷、耗時(shí)較短，所用的構(gòu)件是由工廠預(yù)制完成的，另外成品的組裝也是在工廠的統(tǒng)一調(diào)配下實(shí)施。因此，也就沒有了傳統(tǒng)意義上的模板和鋼筋綁扎等相關(guān)操作，整個(gè)施工和操作也更為便捷，從而切實(shí)保障了施工團(tuán)隊(duì)能夠快捷高效地進(jìn)行施工。

2.2 施工的安全性等級(jí)得到了很大的提高，且極大減少整個(gè)工程量；施工過程中安全防控和處理方面變得極為精細(xì)，極大保障了相關(guān)施工和操作的安全與穩(wěn)定。

2.3 能夠提升需要在特定時(shí)期內(nèi)進(jìn)行工程施工的施工效率，同時(shí)對(duì)多種施工環(huán)境都能做出較為高效的處理，相對(duì)來說整個(gè)部署和操作都極為便捷，能夠切實(shí)保障相關(guān)施工的科學(xué)與高效。

2.4 不會(huì)受到溫度的不良影響。大多數(shù)的橋梁在寒冷條件下極易出現(xiàn)施工效果不佳的情況，而預(yù)制構(gòu)件的使用則很好地規(guī)避了以上的不良影響，同時(shí)整個(gè)的施工推進(jìn)以及橋梁系統(tǒng)質(zhì)量都得到了切實(shí)有效的保障。

3 裝配式橋臺(tái)體系研究

從本文所引述的工程案例情況來看，其上部結(jié)構(gòu)采用的是先簡后支的連續(xù)箱梁，而柱臺(tái)則是借助于柱式臺(tái)的構(gòu)造方式具體實(shí)施。對(duì)于橋臺(tái)來說，其主要由預(yù)制帽梁以及預(yù)制背墻等構(gòu)成，這樣的構(gòu)成方式為其整體性能的提升提供了基礎(chǔ)保障。但與此同時(shí)，裝配式橋臺(tái)體系的部署務(wù)必要引起高度重視，將重要構(gòu)件之間的連接作為重要的施工內(nèi)容，保證具體操作的安全與高效，以此為后續(xù)相關(guān)技術(shù)操作提供切實(shí)的保障[1]。

3.1 預(yù)制帽梁之間在結(jié)構(gòu)上并不連接，且中間可填塞瀝青麻絮，以此能夠?yàn)楹罄m(xù)結(jié)構(gòu)性能的提升提供基礎(chǔ)保障。

3.2 預(yù)制耳墻與帽梁的連接為后續(xù)的澆筑以及整體性的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固提供了切實(shí)保障，相對(duì)來說這樣的設(shè)計(jì)更為科學(xué)高效。

4 裝配式橋臺(tái)構(gòu)造設(shè)計(jì)

4.1 裝配式橋臺(tái)跨徑與墩高兩者之間應(yīng)遵循墻梁美學(xué)的相關(guān)原則，通常使其比值處在0.618～1 即可。在具體操作過程中，施工企業(yè)應(yīng)注意實(shí)效和經(jīng)濟(jì)方面，例如20m 跨徑T 梁適應(yīng)的墩高一般為12～20m。不管是山區(qū)還是平原，公路橋梁設(shè)計(jì)中涉及的跨徑都應(yīng)以地形為第一標(biāo)準(zhǔn)，且不可以對(duì)墩高做出跨徑等隨意變動(dòng)。對(duì)于橋臺(tái)變化較大的情況，通?？刹捎?0m與30m 或者30m 與40m 的組合跨徑進(jìn)行具體操作，以達(dá)到既定的施工效果[2]。另外還應(yīng)注意的是，如果橋梁有多種可供選擇的跨徑方案，具體的選擇應(yīng)綜合上下結(jié)構(gòu)確定。

4.2 在裝配式橋臺(tái)上部構(gòu)造（板或梁）與平面曲線半徑方面，一般來看，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注前者對(duì)后者的影響效果，相應(yīng)的影響主要涉及以下兩個(gè)方面，其一是內(nèi)外弧差，其二是中矢高。對(duì)于墩臺(tái)徑向的布置來說，由于曲率半徑的限制，內(nèi)外梁長在不等條件下，半徑越小，則內(nèi)外梁長差就越大。而要想改變這一情況，主要有兩種方式，其一是通過平面半徑對(duì)梁長適當(dāng)加長；其二是借助于帽梁的加長做出補(bǔ)充，或是通過加大封錨的方式做出改進(jìn)。綜合分析來看，第一種方式更為便捷，且帽梁的尺寸并不大，因此無需做出較為復(fù)雜的部署。然而，當(dāng)幾座橋梁均存在不同曲線半徑的情況時(shí)，相應(yīng)預(yù)制梁長度的相關(guān)操作就會(huì)變得極為復(fù)雜，且整個(gè)操作也會(huì)變得極為繁瑣，需要諸多的步驟來保障整個(gè)施工質(zhì)量的穩(wěn)定與高效。不僅如此，這樣的方式對(duì)于區(qū)域也有著特定的要求。

內(nèi)外弧差的問題解決后，也應(yīng)對(duì)中矢高方面的不良情況引起相應(yīng)的重視，通常使其控制在10cm 以內(nèi)即可；而要想達(dá)到這樣的效果，一般可借助于護(hù)墻內(nèi)緣的平面線形進(jìn)行調(diào)整；對(duì)于半徑較小，而中矢高大于10cm 且護(hù)墻寬50cm 的情況，由于不宜調(diào)整護(hù)墻，因此可視情況采用以下兩種方式。其一是借助于預(yù)制梁外緣的曲線預(yù)制，其二是以預(yù)制T 梁時(shí)多預(yù)制邊梁一段長度的方式對(duì)其做出處理，從而達(dá)到現(xiàn)澆橋面與護(hù)墻適應(yīng)平面線形的現(xiàn)實(shí)效果。

5 裝配式橋臺(tái)下部構(gòu)造設(shè)計(jì)

5.1 矮墩

裝配式橋臺(tái)高度小于40m 時(shí)應(yīng)以柱式為主。其中，又有圓柱和方柱的區(qū)別，前者多在平原地區(qū)使用，外觀質(zhì)量較易控制，同時(shí)能夠較為便捷地與柱基進(jìn)行銜接；而后者的美觀性則要更好一些，且能夠與上部構(gòu)件統(tǒng)一協(xié)調(diào)起來。如果從受力情況來看，截面面積相等條件下的方柱抗彎強(qiáng)度明顯要好于圓柱，且如果處在連續(xù)鋼構(gòu)條件下，方柱能夠較為便捷地做出調(diào)整，從而為橋臺(tái)剛度的保障和提升提供基礎(chǔ)條件；反之，圓柱并不能便捷地做出調(diào)整。但是方柱也存在一些不足，例如橋臺(tái)與樁基之間往往需要樁帽才能有效地完成銜接，這樣一來勢必會(huì)增加工作量。因此，選擇怎樣的橋臺(tái)構(gòu)造方式，應(yīng)以現(xiàn)實(shí)的地形以及上部結(jié)構(gòu)等具體情況來確定。

對(duì)于裝配式橋臺(tái)墩型來說，雖然其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度上起到的承載作用很強(qiáng)，但是具體設(shè)計(jì)起來卻比較復(fù)雜。在墩高較低時(shí)，由于施工復(fù)雜且無法達(dá)到美觀的效果，因此建議不用采用這樣的方式。它通常是在墩高較高的情況下經(jīng)常使用，且整個(gè)操作也比較便捷，經(jīng)濟(jì)損耗較之墩式類型更為高效，因此被廣泛應(yīng)用于一些橫坡較陡的施工區(qū)域。

5.2 橋臺(tái)

通常情況下，橋臺(tái)設(shè)計(jì)都會(huì)將強(qiáng)度放在極為突出的位置，而當(dāng)墩高較高時(shí)則應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注其穩(wěn)定性問題。有關(guān)工程設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)于橋臺(tái)穩(wěn)定性有著相對(duì)精細(xì)的規(guī)定，在具體設(shè)計(jì)過程中墩高的確定以及各個(gè)部分的銜接方式等，一般應(yīng)基于特定的環(huán)境做出精細(xì)處理。在諸多實(shí)驗(yàn)和測試確定方面，不管是先簡支后結(jié)構(gòu)還是先簡支后連續(xù)的多跨T 梁橋，橋臺(tái)長度與橋臺(tái)高度都應(yīng)滿足以下條件：橋臺(tái)的有效長度l0=1.2l～1.43l，其中l(wèi) 為橋臺(tái)高度。具體來看，當(dāng)l=40m 且采用矩形截面時(shí)，相應(yīng)的高度應(yīng)處在1.2 的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)；而對(duì)于墩厚大于2m 的情況，相應(yīng)的實(shí)心矩形截面的經(jīng)濟(jì)性會(huì)降低，由此可見在橋臺(tái)被破壞時(shí)，如果使用實(shí)心矩形截面，那么其高度應(yīng)嚴(yán)格控制在50m 以下，否則就應(yīng)采用空心薄壁墩截面進(jìn)行具體施工；高度超過65m 左右時(shí)且順橋向，則應(yīng)考慮放坡。另外還需要注意的是，盡管在等寬尺寸條件下操作更為便捷，但是為了保障橋臺(tái)的穩(wěn)定，橋臺(tái)和帽梁應(yīng)適當(dāng)加大尺寸，而這樣一來又會(huì)造成一定的材料浪費(fèi)[3]。

5.3 裝配式橋臺(tái)

橋臺(tái)是連接兩端橋頭的重要支撐結(jié)構(gòu)物，其不僅承擔(dān)著支座傳遞的豎直力和水平力，同時(shí)在承臺(tái)后期填土以及荷載等所產(chǎn)生的側(cè)向壓力往往也要由其承擔(dān)。鑒于這樣的現(xiàn)實(shí)條件，橋臺(tái)的施工務(wù)必要將強(qiáng)度放在突出的位置，從而為橋梁結(jié)構(gòu)各方面的穩(wěn)定發(fā)揮提供切實(shí)保障。

5.4 基礎(chǔ)

所謂基礎(chǔ)，主要是指橋梁的下部結(jié)構(gòu)與地基接觸的部位，通常包括以下幾個(gè)小的部分：

5.4.1 端承樁：結(jié)構(gòu)力由樁基傳遞到持力層，這樣的一個(gè)結(jié)構(gòu)能夠有效保障受力的穩(wěn)定性。

5.4.2 摩擦樁：結(jié)構(gòu)力由樁身與土層的摩擦傳遞給土體，該結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)自重較輕且受力較小的建筑中比較適宜。

5.4.3 擴(kuò)大基礎(chǔ)：由于其比樁基與土體的接觸面積更大，因此單位面積條件下其對(duì)土體的作用力更小，相應(yīng)的它對(duì)土層的強(qiáng)度就比較低，且埋深較淺。這樣的情況多適用于巖層埋深相對(duì)較淺的地質(zhì)條件，具體如何使用應(yīng)視具體的情況而定。

6 裝配式橋臺(tái)設(shè)計(jì)實(shí)踐應(yīng)用分析

借助于有限元分析軟件Ansys 構(gòu)建裝配式橋臺(tái)的整體計(jì)算模型，從而為這方面精細(xì)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟僮魈峁┣袑?shí)保障。通過以上的操作，確定上部結(jié)構(gòu)的荷載，以公路I 級(jí)為準(zhǔn)，車道選擇雙向六車道，同時(shí)應(yīng)將車輛沖擊系數(shù)和偏載等考慮到位，并做好效應(yīng)組合，具體來說主要是由1.1×[1.2×結(jié)構(gòu)重力+(1.4×汽車荷載沖擊系數(shù))×汽車荷載+1.05×溫度應(yīng)力]等構(gòu)成。

6.1 因臺(tái)帽處于受壓的條件下，而只有部分支座存在拉應(yīng)力，因此主拉應(yīng)力以及主壓應(yīng)力分別最大控制在1.4MPa 和9.6MPa。

6.2 因背墻同樣處于受壓狀態(tài)，拉應(yīng)力則存在于部分結(jié)構(gòu)中，上部結(jié)構(gòu)對(duì)其造成的受力情況最為明顯，因此相應(yīng)的主拉應(yīng)力以及主壓應(yīng)力等應(yīng)分別最大控制在155MPa 和1.5MPa。

6.3 耳墻的受力也是一種受壓的狀態(tài)，而受拉則存在于部分結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的主拉應(yīng)力和主壓應(yīng)力等應(yīng)最大控制在0.7MPa 和0.68MPa。通過對(duì)以上受力的分析，確定了其對(duì)現(xiàn)行的施工條件比較適用。

7 結(jié)語

城市化的深入推進(jìn)使得城市的交通網(wǎng)絡(luò)不斷地升級(jí)，相應(yīng)涉及的橋梁工程也越來越多，因此效率更高且更為便捷的裝配式簡支梁構(gòu)造方式受到了廣泛關(guān)注和應(yīng)用。要想使其達(dá)到最佳的應(yīng)用效果，相關(guān)設(shè)計(jì)者務(wù)必要以工程的現(xiàn)實(shí)條件為準(zhǔn)，不斷做出優(yōu)化和改進(jìn)，從而切實(shí)保障工程的穩(wěn)定高效和安全適用。