基于中小跨徑公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

鄭永祥

(山西誠(chéng)達(dá)公路勘察設(shè)計(jì)有限公司，山西 太原 030006)

1 設(shè)計(jì)原則

1.1 科學(xué)性原則

公路橋梁在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，要選擇最佳的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式，要保證橫截面與公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性，能夠提升其總體的效果，應(yīng)該調(diào)整必要的結(jié)構(gòu)形式，能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)力的設(shè)計(jì)，能夠有效的降低結(jié)構(gòu)自重，達(dá)到科學(xué)性的標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 簡(jiǎn)約化原則

公路工程橋梁設(shè)計(jì)中，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該盡量的簡(jiǎn)約設(shè)計(jì)，能夠保證其結(jié)構(gòu)受力更加的簡(jiǎn)單和直接，從而可以保證其結(jié)構(gòu)平衡性合格，及時(shí)將外部荷載分散到其他結(jié)構(gòu)部位，能夠保證橋梁的結(jié)構(gòu)使用性能合格，減少施工材料的數(shù)量，為橋梁工程結(jié)構(gòu)的總體性能提升起到積極的促進(jìn)作用。

1.3 連續(xù)性原則

目前的公路橋梁在設(shè)計(jì)中，自重呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，負(fù)荷也逐步的增加，這就需要在設(shè)計(jì)中考慮到公路橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化達(dá)到連續(xù)性、一體化等要求，從而可以保證其符合受力條件之下，能夠有效的擴(kuò)大受力的面積，可以縮短受力傳輸?shù)木嚯x，在達(dá)到總體性能要求的基礎(chǔ)之下，應(yīng)該保證橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、連續(xù)性符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)選型

(1)裝配結(jié)構(gòu)

橋梁工程的上部結(jié)構(gòu)形式和跨徑選擇都是極為關(guān)鍵的，要綜合分析當(dāng)?shù)氐牡匦螚l件、水文狀態(tài)、橋墩的高度尺寸等因素，選擇最佳的結(jié)構(gòu)尺寸，保證設(shè)計(jì)方案更加的科學(xué)與合理。設(shè)計(jì)方案的選擇還需要保證項(xiàng)目施工方便、經(jīng)濟(jì)性等要求，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范，能夠滿足當(dāng)?shù)氐慕煌ㄟ\(yùn)行質(zhì)量和要求。以裝配式空心板、小箱梁、T梁為主，要保證這些橋梁結(jié)構(gòu)都能夠達(dá)到協(xié)調(diào)性的要求，除了一些有特殊要求或者復(fù)雜性比較高的橋梁形式，通常其跨徑尺寸的選擇應(yīng)該根據(jù)表1的要求來進(jìn)行。

表1 跨徑選擇表

(2)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)

如果橋梁工程的結(jié)構(gòu)是小半徑、平面寬度尺寸比較大、立面縱坡比較大、外觀平順度比較高且美觀性要求很高的情況下，并且該橋梁處在交通樞紐、匝道等地帶中，通常會(huì)選擇使用現(xiàn)澆連續(xù)橋梁的結(jié)構(gòu)形式。目前比較常見的幾種跨徑尺寸設(shè)計(jì)方法如下所示。

①對(duì)于跨徑尺寸在20 m以下的橋梁結(jié)構(gòu)可以選擇應(yīng)用普通混凝土箱梁的結(jié)構(gòu)形式，而針對(duì)于跨徑尺寸20 m以上的橋梁形式則應(yīng)該采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的結(jié)構(gòu)形式。

②箱梁梁高取1/18～1/20箱梁跨徑，但不得小于1.4 m。

③彎道(R≤250 m)中所應(yīng)用的箱梁結(jié)構(gòu)形式應(yīng)該結(jié)合具體的跨徑尺寸、箱梁半徑尺寸等方面，布置1個(gè)或者多個(gè)中橫隔板的結(jié)構(gòu)形式，其設(shè)置的間隔距離應(yīng)該控制在12 m及以下，橫隔板的結(jié)構(gòu)部分寬度尺寸設(shè)定為50 cm為最佳。

④設(shè)雙支座支撐時(shí)，端橫梁視中跨大小取80～120 cm。

⑤跨徑尺寸超過35 m的情況，所應(yīng)用的預(yù)應(yīng)力箱梁部分的等寬結(jié)構(gòu)部分腹板厚度為55 cm，邊肋變化的結(jié)構(gòu)部位應(yīng)用的是75 cm。如果跨徑尺寸不足35 m的情況，則應(yīng)該保證其預(yù)應(yīng)力箱梁部分的寬度尺寸為45 cm，邊肋的變化部分則應(yīng)用的是65 cm的形式。

(3)平面設(shè)計(jì)

平面設(shè)計(jì)的主要目的就是能夠有效的處理上部結(jié)構(gòu)和平面曲線半徑所存在的關(guān)系，能夠保證其結(jié)構(gòu)形式更加的優(yōu)化。橋梁設(shè)置在平面曲線半徑給橋梁跨徑的選擇以及平面形式的設(shè)計(jì)有著直接的影響，具體是如下兩個(gè)方面形式：其一是內(nèi)外弧差，第二是矢高。墩臺(tái)進(jìn)行徑向設(shè)計(jì)的情況下，因?yàn)榍拾霃綍?huì)產(chǎn)生直接的影響，內(nèi)外梁結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度會(huì)有著明顯的差異，半徑比較小的情況下，內(nèi)外梁的長(zhǎng)度差則會(huì)表現(xiàn)出越大。如果應(yīng)用的是體系轉(zhuǎn)換的方式制作成為簡(jiǎn)支連續(xù)橋梁的結(jié)構(gòu)形式，在梁體長(zhǎng)度變化在±15 cm的情況之下，可以應(yīng)用調(diào)節(jié)連續(xù)段部分的長(zhǎng)度形式做好梁體的設(shè)計(jì)，預(yù)制梁長(zhǎng)度不會(huì)做出調(diào)整；如果梁體變化在±50 cm的發(fā)內(nèi)內(nèi)，需要結(jié)合實(shí)際情況做出預(yù)制梁部分的變梁長(zhǎng)度，現(xiàn)澆部分的長(zhǎng)度依然不會(huì)做出調(diào)整。

結(jié)合目前的設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，中矢高為5 cm以下的情況下，可以進(jìn)行護(hù)墻內(nèi)源部分的調(diào)整以達(dá)到平面線形的使用標(biāo)準(zhǔn)；半徑比較小的情況下，中矢高在5 cm以上時(shí)，邊量部分要根據(jù)實(shí)際的曲線形式來做出確定。但是半徑的差異也會(huì)使得外邊梁形態(tài)出現(xiàn)不同，種類也會(huì)更加的豐富。還有一種方式是預(yù)制邊梁的過程中，可以將其多預(yù)制一定的長(zhǎng)度尺寸，然后是現(xiàn)澆橋面板與防撞墻來組合成為合理的線形。通過這種方式雖然美觀性稍有不足，也會(huì)導(dǎo)致材料浪費(fèi)，但是施工相對(duì)比較方便。

3 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 橋墩

墩高H<30 m時(shí)主要是應(yīng)用柱式墩的形式；

墩高H<40 m時(shí)主要應(yīng)用的是等截面實(shí)體薄壁墩。

墩高H<50 m時(shí)主要應(yīng)用的是等截面空心薄壁墩。

墩高50 m

3.2 系梁

(1)橋墩高度如果大于9 m，應(yīng)該根據(jù)要求在頂部設(shè)置橫系梁的結(jié)構(gòu)。

(2)如果橋墩結(jié)構(gòu)布置在比較陡峭的山區(qū)地帶中，可以應(yīng)用高低墩的結(jié)構(gòu)形式。

3.3 橋臺(tái)

(1)柱式橋臺(tái)

主要是設(shè)置在地勢(shì)相對(duì)平坦的地帶中，填土高度h<5 m。同時(shí)，在設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)中，還需要對(duì)柱式橋臺(tái)的形狀與方式進(jìn)行確定，從而保證其整體效果滿足橋梁結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)目標(biāo)。

(2)肋板式橋臺(tái)

主要是應(yīng)用到地勢(shì)比較平坦的地帶中，填土高度h≥5 m?？梢詰?yīng)用到多種的情況之下，但是應(yīng)該保證其高度控制在11 m以下。

(3)重力式U型橋臺(tái)

主要可以應(yīng)用到條件相對(duì)比較好的山區(qū)地帶中，根據(jù)當(dāng)前的設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，U臺(tái)適應(yīng)的填土范圍為4～10 m，其主要的優(yōu)勢(shì)就是結(jié)合具體的地形變化來選擇合適的結(jié)構(gòu)形式，能夠有效的降低開挖工程量。

(4)薄壁臺(tái)

平原區(qū)填土高度h≤6.5 m的小橋，能夠應(yīng)用薄壁臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式，軟基部分應(yīng)該限定在6 m以下。當(dāng)前所應(yīng)用的高速公路項(xiàng)目，很多薄壁臺(tái)都發(fā)生開裂的病害問題，設(shè)計(jì)中要提起足夠的重視。相交于薄壁臺(tái)設(shè)計(jì)來說，在具體設(shè)計(jì)上，需要對(duì)薄壁臺(tái)的高度與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度控制，按照橋梁的需求，合理的將薄壁臺(tái)的相關(guān)參數(shù)控制，使其達(dá)到工程的基本要求。

4 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

根據(jù)目前的設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)于基礎(chǔ)覆蓋層不足5 m的情況下，可以通過擴(kuò)大基礎(chǔ)的形式，而針對(duì)于在5 m以上的情況則需要應(yīng)用樁基礎(chǔ)的形式。在橋梁下部有比較深的軟土結(jié)構(gòu)時(shí)，樁尖應(yīng)該直接穿越該軟土結(jié)構(gòu)形式，同時(shí)應(yīng)該綜合分析負(fù)摩擦阻力所產(chǎn)生的影響。在橋梁下部屬于采空區(qū)的情況，可以通過設(shè)置橋梁樁基穿越采空區(qū)的形式，讓樁尖直接深入到相對(duì)完整且穩(wěn)定性較高的巖層結(jié)構(gòu)中。在橋梁下部有巖溶區(qū)域且覆蓋層厚度比較小時(shí)，樁基的設(shè)定應(yīng)該直接穿越巖溶或者多層溶洞的條件，能夠保證其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

5 結(jié) 語(yǔ)

綜合以上敘述，中小跨徑公路橋梁被大量的投入建設(shè)，對(duì)于交通運(yùn)行有著直接的影響，在進(jìn)行這類橋梁的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該綜合分析其使用情況以及特點(diǎn)，能夠注意各個(gè)方面的問題，保證該橋梁結(jié)構(gòu)的性能合格，從而可以滿足交通的運(yùn)行需要，給今后的橋梁施工以及工程建設(shè)管理都有著極為重要的作用，與能夠促進(jìn)交通領(lǐng)域的穩(wěn)步發(fā)展和進(jìn)步。