常用跨徑橋梁上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究

趙家徐

【摘要】隨著交通事業(yè)發(fā)展，社會環(huán)保意識增強，人們審美標準提高，這對橋梁設(shè)計提出了更高要求。在常用跨徑橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應將理論與項目實際相結(jié)合，綜合考慮橋梁設(shè)計、施工、造價和景觀等方面，通過對各個階段分析與把控，選擇和優(yōu)化橋梁方案與構(gòu)造。結(jié)合安徽地區(qū)實際情況，從上部結(jié)構(gòu)類型分析、選擇和優(yōu)化等方面闡述與分析，為橋梁設(shè)計者提供一點借鑒和幫助。

【關(guān)鍵詞】常用跨徑;橋梁;上部結(jié)構(gòu);優(yōu)化設(shè)計

在實際項目工作中，我們遇到大多數(shù)橋梁為常規(guī)跨徑橋梁，根據(jù)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范JTG D60-2015》規(guī)定：“對于橋梁跨徑在50m及以下時，宜采用標準化跨徑，采用標準化跨徑的橋梁宜采用裝配式結(jié)構(gòu)?！边@要求沒有特殊限制因素時，對于常用跨徑橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計宜盡量采用標準化跨徑。因此，對于常用跨徑橋梁，上部結(jié)構(gòu)類型分析、選擇和優(yōu)化設(shè)計顯得尤為重要。結(jié)合安徽地區(qū)實際工程選取情況和設(shè)計經(jīng)驗，擬對上部結(jié)構(gòu)類型進行分析、選擇和優(yōu)化設(shè)計。

1、常用跨徑橋梁上部結(jié)構(gòu)類型分析與選擇

1.1上部結(jié)構(gòu)跨徑：6m、8m和10m

對于跨徑≤10m的橋梁，一般可采用現(xiàn)澆空心板或?qū)嵭陌褰Y(jié)構(gòu)、預制空心板結(jié)構(gòu)。預制空心板因抗彎能力不足、鉸縫質(zhì)量不易控制、耐久性差等問題，在道路等級較高、交通量較大和荷載較大路段不建議采用，根據(jù)安徽省地方規(guī)范和設(shè)計經(jīng)驗，在條件和環(huán)境滿足的情況下，公路橋梁設(shè)計常采用現(xiàn)澆空心板或?qū)嵭陌褰Y(jié)構(gòu)，已逐步取代預制空心板結(jié)構(gòu)。對于城市橋梁，由于小型車輛較多，重載車輛相對較少，鉸縫病害相對較輕，部分橋梁仍采用預制空心板結(jié)構(gòu)。

1.2上部結(jié)構(gòu)跨徑：13m、16m和20m

對于10m<跨徑≤20m的橋梁，一般可采用預制T梁、預制空心板和預制小箱梁等結(jié)構(gòu)。在安徽省內(nèi)常用的簡支T梁結(jié)構(gòu)，梁高相對部頒T梁較低，主梁間距較小，但抗彎能力部頒T梁較好。因此，對于20m跨徑，需根據(jù)道路等級、荷載等級、交通量情況、橋下凈空限制條件和社會經(jīng)濟因素綜合考慮，若橋下凈空受限，無重載交通，可采用省內(nèi)常用的簡支T梁結(jié)構(gòu);若橋下凈空不受限，荷載等級較大，可采用部頒T梁結(jié)構(gòu)。預制空心板因自身問題已較少采用。若此范圍內(nèi)跨徑橋梁景觀要求較高時，也可采用預制小箱梁和現(xiàn)澆箱梁等結(jié)構(gòu)。

1.3上部結(jié)構(gòu)跨徑：25m、30m和35m

對于20m<跨徑≤35m的橋梁，一般可采用預制小箱梁、預制T梁和現(xiàn)澆箱梁等結(jié)構(gòu)。從設(shè)計、施工、造價和美觀上對小箱梁和T梁優(yōu)缺點分析與比較：

從設(shè)計角度選擇：小箱梁相對于T梁，梁高相對較低，整體性更好，抗扭剛度大，橋梁耐久性好。但T梁梁高相對較高，主梁、橫梁數(shù)量較多，T梁抗彎剛度大。從受力角度上講，小箱梁結(jié)構(gòu)比T梁結(jié)構(gòu)更好。

根據(jù)施工條件選用：一般山區(qū)預制T梁采用較多，相應吊裝設(shè)備要求較低，預制小箱梁平原地區(qū)采用較多，相應吊裝設(shè)備要求較高。另外小箱梁施工工藝較為復雜，T梁預制、脫模、吊裝較小箱梁方便，但T梁腹板較薄，施工質(zhì)量不易控制，吊梁穩(wěn)定性較差。T梁濕接縫寬度較小，較為浪費，給鋼筋焊接、綁扎施工造成不便。

從經(jīng)濟性上比較，兩者相差不大，小箱梁略高。

從美觀上看，小箱梁結(jié)構(gòu)簡潔、輕盈，線條流暢，行車舒適，T梁美觀性不及小箱梁，因此T梁多用于對美觀要求不高的橋梁，如各等級公路上的橋梁，對凈空、美觀有一定要求時可選用小箱梁。

結(jié)論：在省內(nèi)實際項目設(shè)計過程中，預制小箱梁和部頒T梁均有采用，設(shè)計時可根據(jù)具體項目特點和要求進行選擇，通常沒有條件限制情況下，建議優(yōu)先采用受力性能更好的預制小箱梁結(jié)構(gòu)。對于部分景觀要求更高、條件受限的橋梁，也可采用現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu)。

1.4上部結(jié)構(gòu)跨徑：40m

對于35m<跨徑≤40m的橋梁，預制小箱梁相對于部頒T梁優(yōu)勢不明顯，反而由于每片小箱梁自重加大，加大了預制小箱梁施工吊裝難度和風險。此時因為梁高的原因，部頒T梁I值較小箱梁明顯增大，T梁的優(yōu)勢就比較明顯了，采用T梁比小箱梁好。因此無特殊要求情況下，一般建議采用部頒T梁結(jié)構(gòu)。

對于部分景觀要求高、條件受限的橋梁，也可采用現(xiàn)澆箱梁或變截面連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)。

2、常用跨徑橋梁上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

2.1主梁間距與片數(shù)

主要針對安徽省內(nèi)常用T梁、部頒T梁、預制小箱梁結(jié)構(gòu)，設(shè)計時需考慮主梁的間距和片數(shù)，對全寬12m橋梁進行舉例分析。如下表：

2.2主梁截面尺寸

主要針對2.1條三種結(jié)構(gòu)類型的梁高、頂?shù)装鍖挾?、梁肋尺寸?/p>

對于省內(nèi)常用的T梁，中梁頂板寬100cm，邊梁頂板寬105cm，梁肋30～40cm。梁高：85cm（13m跨徑）、95cm（16m跨徑）、110cm（20m跨徑）。

對于部頒T梁，中梁頂板寬度170cm，邊梁頂板寬度185～205cm，梁肋44～60cm。梁高：150cm（20m跨徑）、170cm（25m跨徑）、200cm（30m跨徑）、230cm（35m跨徑）、250cm（40m跨徑）。

對于預制小箱梁，中梁頂板寬度240cm，邊梁頂板寬度285cm，底板寬度100cm。梁高：120cm（20m跨徑）、140cm（25m跨徑）、160cm（30m跨徑）、180cm（35m跨徑）。

2.3現(xiàn)澆濕接縫寬度的確定

對于省內(nèi)常用T梁：濕接縫寬一般為40～60cm;對于部頒T梁：濕接縫寬一般為40～70cm;對于預制小箱梁：濕接縫寬一般為40～100cm，最大寬度一般小于100cm。從經(jīng)濟性和方便施工考慮，濕接縫寬度不應過小，寬度超過限值時須進行結(jié)構(gòu)計算。

2.4橫隔梁的設(shè)置

對于省內(nèi)常用T梁：每跨梁端設(shè)置1道端橫隔梁，每跨跨中設(shè)置1道中橫隔梁。對于部頒T梁：每跨梁端設(shè)置一道端橫隔梁，中橫隔梁設(shè)置道數(shù)根據(jù)T梁跨徑確定，例如，跨徑20m：2道，跨徑25m～35m：3道，跨徑40m：5道。先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)時，連續(xù)墩處增設(shè)一道現(xiàn)澆中橫梁。

對于預制小箱梁：簡支結(jié)構(gòu)時：每跨梁端設(shè)置一道端橫隔梁，中橫隔板設(shè)置道數(shù)根據(jù)小箱梁跨徑確定，相關(guān)研究表明，30m以下跨徑可不設(shè)置中橫隔板，30m和35m跨徑可設(shè)置1道中橫隔板。先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)時，連續(xù)墩處設(shè)置一道現(xiàn)澆中橫梁。中橫隔板和端橫隔梁設(shè)置原則與簡支結(jié)構(gòu)相同。

3、常用跨徑橋梁其他上部結(jié)構(gòu)類型

3.1預應力混凝土現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu)

實際工程上常見的現(xiàn)澆預應力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，從16～50m跨徑均可采用。常用于市政高架橋、匝道橋、部分公路橋梁。

3.2鋼箱梁結(jié)構(gòu)

適合上跨重要道路，無法中斷交通，不便于滿堂支架現(xiàn)澆的橋梁，從16～50m跨徑均可采用。常用于上跨交通量較大的被交道路市政橋梁。

3.3預應力混凝土現(xiàn)澆箱梁與鋼箱梁優(yōu)缺點分析比較

3.3.1適用范圍

對于現(xiàn)澆箱梁，綜合性能較好，費用較低，適用面廣;交通樞紐處、造型復雜、主線與匝道層疊過多處施工難度較大。對于鋼箱梁，一般適用于不便于斷行封閉的交通樞紐處，適用于造型復雜、主線與匝道層疊過多處。

3.3.2材質(zhì)方面

對于現(xiàn)澆箱梁，與鋼箱梁相比整體耐火性、耐腐蝕性較好，但自重較大。對于鋼箱梁，由于采用鋼材承重，與混凝土箱梁相比自重較輕，但整體耐火性、耐腐蝕性較差。

3.3.3經(jīng)濟方面

對于現(xiàn)澆箱梁，建安費約0.6～0.75萬元/m2，造價較低;施工時人工費較高。對于鋼箱梁，建安費約1.1萬元/m2，造價較高;施工工藝較高，使用數(shù)控機械較多，人工費較低。

3.3.4施工工期

對于現(xiàn)澆箱梁，連續(xù)聯(lián)可以同時施工，施工連續(xù)性較好。需要搭設(shè)支架、綁扎鋼筋、澆筑、張拉，施工期較長，一般為90天。對于鋼箱梁，在工廠加工制造，不占用時間，現(xiàn)場吊裝涂裝一般為45天，工期較快。不適合連續(xù)聯(lián)同時施工。

3.3.5景觀及后期維護

對于現(xiàn)澆箱梁，使用清水混凝土施工，外觀較好，持久性好。一般維護周期長，費用較低。若需維護，難度較大。對于鋼箱梁，全部使用涂裝，觀感非常好，運行后涂裝層需要定期維護，維護周期短，費用較高。

4、常用跨徑橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

4.1橋梁高跨比的選擇

合適的高跨比對橋梁外形和造價均有一定影響，一般對于較大跨徑橋梁，平均墩高為0.7～1.0倍跨徑長度，對于較小跨徑橋梁，橋梁平均墩高為0.7～1.3倍橋梁跨徑長度。

4.2橋梁邊跨比的選擇

對于采用連續(xù)體系的多孔橋梁，應從結(jié)構(gòu)受力特性考慮，使邊孔和中孔跨中彎矩與支點處負彎矩接近相等，合理地確定橋梁邊跨比。

4.3橫隔板個數(shù)選擇

對于部頒T梁，橫隔板保證各根主梁相互連成整體，其剛度愈大，整體性愈好。對于小箱梁，設(shè)置中橫隔板增加截面橫向剛度，限制畸變變形，支承處橫隔板能承受和分布較大支承反力。橫隔板個數(shù)選擇詳見上文“2.4橫隔梁的設(shè)置”。

結(jié)語：

綜上所述，常用跨徑橋梁上部結(jié)構(gòu)類型分析、選擇和優(yōu)化是橋梁設(shè)計中重要環(huán)節(jié)。結(jié)合安徽地區(qū)實際工程選取情況、規(guī)范要求及項目設(shè)計經(jīng)驗，選擇最優(yōu)化的上部結(jié)構(gòu)方案既保證橋梁整體承載能力，又提高橋梁的使用性能、穩(wěn)定性和美觀性，且節(jié)約工程造價，對于橋梁設(shè)計有一定借鑒和參考意義，對于橋梁事業(yè)發(fā)展也有積極促進作用。

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