中小跨徑簡(jiǎn)支T形梁橋的設(shè)計(jì)參數(shù)分析

鄧盼盼

摘要 中小跨徑簡(jiǎn)支T形梁橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便施工，在工程中被廣泛采用。文章以某高速公路橋梁側(cè)翻為工程實(shí)例，探討了橋梁上部荷載與結(jié)構(gòu)抵抗力的關(guān)系，分析橋梁設(shè)計(jì)所遵循的設(shè)計(jì)原則，研究簡(jiǎn)支T形梁橋的平面設(shè)計(jì)和縱斷面設(shè)計(jì)參數(shù)，得到結(jié)論：中小跨徑簡(jiǎn)支T形梁橋縱斷面設(shè)計(jì)中主要遵循的設(shè)計(jì)參數(shù)為：橋梁總跨徑、橋梁分孔、橋道高程、基礎(chǔ)埋深，為設(shè)計(jì)人員提供參考。

關(guān)鍵詞 中小跨徑;T形梁;設(shè)計(jì)參數(shù);工程實(shí)例

中圖分類號(hào) U442.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）07-0103-03

0 引言

交通是維系國(guó)家經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的命脈，交通行業(yè)的發(fā)展對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展起到了重要的促進(jìn)作用。在國(guó)家經(jīng)濟(jì)與社會(huì)高速發(fā)展的今天，我國(guó)交通事業(yè)也得到了迅猛發(fā)展。公路、鐵路、城市道路和農(nóng)村道路的建設(shè)已經(jīng)日趨完善，而橋梁工程作為我國(guó)交通事業(yè)的重要組成部分，由于其建設(shè)需要跨越山川、河流等各類障礙物，并基于障礙物大小的影響，橋梁的種類也比較豐富。因此，對(duì)橋梁工程需要更為深入的研究[1-3]。

中小跨徑鋼筋混凝土橋梁和預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁是我國(guó)常見(jiàn)的兩種橋梁，具有變形小、剛度大、橋體耐久性好等優(yōu)點(diǎn)。而從橋梁的結(jié)構(gòu)來(lái)看，T形結(jié)構(gòu)橋梁具有造價(jià)低、抗拉壓能力強(qiáng)等特點(diǎn)。結(jié)合常用的兩種橋梁構(gòu)筑材料與優(yōu)質(zhì)的橋梁結(jié)構(gòu)類型，該文分別以鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土作為T(mén)形結(jié)構(gòu)橋梁的構(gòu)筑材料，以這兩種T梁為研究對(duì)象，對(duì)二者的各類參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比分析[4-5]。

1 中小跨徑T形梁橋設(shè)計(jì)指標(biāo)

1.1 中小跨徑T形梁橋設(shè)計(jì)原則

橋梁作為交通的一部分，最基本的要求是安全實(shí)用，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行優(yōu)化。隨著經(jīng)濟(jì)與科技的不斷發(fā)展，對(duì)橋梁的要求不僅僅是安全實(shí)用，還要有一定的觀賞性。橋梁安全性是以相關(guān)規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)，為保證橋梁安全運(yùn)行，根據(jù)規(guī)范對(duì)橋梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算。

橋梁的設(shè)計(jì)任務(wù)就是在合理的預(yù)算范圍內(nèi)，保證橋梁安全使用，滿足橋梁各項(xiàng)功能，在結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)上再進(jìn)行外觀設(shè)計(jì)。近些年，國(guó)內(nèi)發(fā)生多起因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而導(dǎo)致的橋梁破壞。橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的三要素分別是：荷載、結(jié)構(gòu)抗力、可靠性。橋梁所能承受的最大荷載要小于結(jié)構(gòu)本身抗力，否則就會(huì)因橋梁承載力不足而破壞。2021年，某高速公路發(fā)生事故，橋面整體側(cè)翻。根據(jù)大橋的設(shè)計(jì)資料顯示，橋梁所能承受的最大荷載為49 t，而路面上的貨車重量高達(dá)198 t，這就直接導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)破壞，發(fā)生側(cè)翻。

綜上所述，中小跨徑T形梁橋設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)：

1.1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)分析是設(shè)計(jì)荷載與結(jié)構(gòu)抗力的關(guān)系。橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理為基礎(chǔ)，根據(jù)不同的材料性能計(jì)算材料的承載特性，從而進(jìn)行截面設(shè)計(jì)。

1.1.2 可靠性設(shè)計(jì)

如果僅滿足安全性設(shè)計(jì)，沒(méi)有足夠的可靠度，橋梁也存在相應(yīng)的安全隱患?？煽慷仍O(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同，不同的橋梁有著不同的環(huán)境特點(diǎn)，所以存在一些不確定因素?？绾４髽蛞紤]風(fēng)浪荷載及海水腐蝕問(wèn)題，特殊地區(qū)橋梁更多要考慮地基基礎(chǔ)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響。橋梁可靠度不足，沒(méi)有足夠的安全儲(chǔ)備，會(huì)導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)喪失;設(shè)計(jì)的安全參數(shù)較大，使得整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)于保守，工程造價(jià)會(huì)進(jìn)一步提高，不利于工程的經(jīng)濟(jì)適用性。在我國(guó)巖溶地區(qū)進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，橋梁基礎(chǔ)形式多采用樁基礎(chǔ)。樁基礎(chǔ)而樁長(zhǎng)越長(zhǎng)，承載力越高，設(shè)計(jì)人員用提高樁長(zhǎng)的方法來(lái)提高巖溶地區(qū)樁基礎(chǔ)的承載力，造成樁長(zhǎng)過(guò)剩。圖2為橋梁樁基礎(chǔ)底部在溶洞處懸空。

1.1.3 技術(shù)先進(jìn)性

根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)情況因地制宜選擇橋型，合理運(yùn)用新型設(shè)備、新材料及新技術(shù)，學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，大膽進(jìn)行嘗試，綜合使用。優(yōu)勝劣汰，不斷學(xué)習(xí)和創(chuàng)新，在工程中最大限度融入科技成果，貫徹“安全、適用、經(jīng)濟(jì)和美觀”的原則，實(shí)現(xiàn)我國(guó)橋梁行業(yè)的不斷發(fā)展。

1.2 中小跨徑T形橋橋設(shè)計(jì)指標(biāo)分類

橋梁設(shè)計(jì)指標(biāo)是選擇橋形方案時(shí)要考慮的重要因素，表1為橋梁設(shè)計(jì)的指標(biāo)匯總，分為技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。技術(shù)指標(biāo)是為了使橋梁能夠正常安全運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是在合理的經(jīng)濟(jì)范圍內(nèi)達(dá)到目的。

表1中總結(jié)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)并非全部指標(biāo)，不同項(xiàng)目有不同的劃分形式。

2 中小跨徑簡(jiǎn)支T形梁橋的平面設(shè)計(jì)參數(shù)分析

中小型跨徑T形梁橋的設(shè)計(jì)首要任務(wù)是確定橋位，根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)定可知，橋位、涵洞、線形要符合規(guī)劃路線的整體走向，若遇到特殊情況，可組織專家評(píng)審，重新調(diào)整線路走向。橋梁的具體形式要綜合考慮地形和地質(zhì)環(huán)境。中小跨徑簡(jiǎn)支T形梁橋的平面設(shè)計(jì)還包括平曲線半徑、平曲線超高和加寬、緩和曲線、變速車道設(shè)置等，這些參數(shù)的選取既要符合當(dāng)下地形環(huán)境也要符合規(guī)范規(guī)定。

就平曲線半徑設(shè)計(jì)參數(shù)而言，根據(jù)相關(guān)資料可知，橋梁平曲線半徑與橋梁事故發(fā)生率之間有著必然聯(lián)系，多數(shù)情況下，小半徑曲線段意味著事故發(fā)生率更高。在某些特殊情形下，橋梁一般為直線形，平曲線半徑應(yīng)選用較大的數(shù)值。車輛速度為100 km/h時(shí)，橋梁的平曲線半徑小于2 000 m時(shí)，事故發(fā)生率顯著提高，可考慮將這一數(shù)值作為平曲線半徑設(shè)計(jì)下限值。同時(shí)，對(duì)提高橋梁的安全特性而言，可以在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用將平曲線設(shè)置為緩和曲線的方式，從而進(jìn)一步去提高橋梁的安全性能。

3 中小跨徑簡(jiǎn)支T形梁橋的縱斷面設(shè)計(jì)參數(shù)分析

中小跨徑簡(jiǎn)支T形梁橋的縱斷面設(shè)計(jì)參數(shù)包括：橋梁總跨徑（∑l0）、橋梁分孔、橋面高度及基礎(chǔ)埋深等，各參數(shù)的相關(guān)含義如表2所示。

3.1 橋梁總跨徑（∑l0）

橋梁總跨徑的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下原則：在使用期間，洪水可以正常流通，船只可以順利通過(guò)，避免因壓縮河道使得河道改變方向，導(dǎo)致橋前堵水而淹沒(méi)農(nóng)田和村莊。

為減少工程造價(jià)，在遵循T形梁橋允許最大沖刷系數(shù)的前提下，可以適當(dāng)合理提高橋梁下部的沖刷程度，從而將T形梁橋的總跨徑縮短。例如，對(duì)于基礎(chǔ)埋深較大的T形梁橋，通?？梢猿惺茌^大的沖刷，可以將總跨徑進(jìn)行縮減;對(duì)于處于平原地段的寬灘河段，河流的流速較小，漂流物較小，可以對(duì)T形梁橋的總跨徑進(jìn)行縮減，但必須對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行充分研究校核，避免縮減跨徑后的T形梁橋下部的壅水對(duì)附近的河灘河堤、農(nóng)田及構(gòu)筑物造成不良影響。

3.2 橋梁分孔

當(dāng)橋梁跨度較大時(shí)，不分孔會(huì)使得橋梁中間彎矩過(guò)大，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)困難，造價(jià)高，因此較長(zhǎng)的橋梁要分為多孔。但孔徑劃分的不同，會(huì)影響橋梁的經(jīng)濟(jì)效益和使用效果，同時(shí)會(huì)增加施工難度。若減少橋孔，此時(shí)橋墩造價(jià)雖有降低，但凈跨的增大，增加上部結(jié)構(gòu)的造價(jià);反之，增加橋孔，上部結(jié)構(gòu)造價(jià)降低，橋墩造價(jià)增加。為了使橋梁分孔達(dá)到最優(yōu)，應(yīng)滿足以下幾條原則：

（1）當(dāng)橋梁跨越有航道的流域時(shí)，孔徑的劃分首先要滿足通航需求，不影響原有的航道通行。其次，在一些河道復(fù)雜的地帶，根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r可以多設(shè)計(jì)幾個(gè)孔位。

（2）平原地區(qū)的河流較為寬闊，但水流量卻有差別。橋梁在進(jìn)行分孔時(shí)，可以在水流量較大的主河設(shè)置較大的通航孔道，兩側(cè)水流較小，可根據(jù)需要設(shè)置較小通航道。

（3）在山區(qū)深谷或水庫(kù)地區(qū)，水流較急，為了防止橋墩受到?jīng)_刷，破壞橋梁結(jié)構(gòu)，應(yīng)該在此類地區(qū)，盡量設(shè)置大跨徑橋梁，減少?zèng)_刷。如若地形條件允許可設(shè)置特大跨徑的單孔橋梁。

（4）當(dāng)橋梁為多孔體系時(shí)，應(yīng)考慮中間孔與邊孔所受的彎矩大小一致，合理確定相鄰跨之間的比值。

（5）在布孔過(guò)程中，為盡可能避開(kāi)河流等地質(zhì)情況較差的區(qū)段，可以采取增加跨徑的措施。

橋梁分孔是較為復(fù)雜的問(wèn)題，在設(shè)置橋梁時(shí)，在綜合考慮上述因素的前提下，結(jié)合工程造價(jià)的實(shí)際預(yù)算情況才能得到較為合理的設(shè)計(jì)方案。

3.3 橋道高程

對(duì)于跨河的T形梁橋，在橋道高程的設(shè)置時(shí)，應(yīng)充分考慮橋梁下部洪水排泄與船體通航的因素。在平原地區(qū)的T形梁橋，橋道高程值過(guò)大會(huì)使得橋頭引道處路堤所需要的土方填筑量明顯增大。對(duì)城市內(nèi)部的橋梁而言，橋道高程增加會(huì)使得兩端引道往外部延伸，往往需要通過(guò)采用立體交叉或高架棧橋的措施進(jìn)行解決，會(huì)使工程造價(jià)進(jìn)一步提高。

在T形梁橋的橋道高程選擇時(shí)，應(yīng)綜合考慮設(shè)計(jì)洪水位、橋梁下部使用需求等因素。在部分特殊情況下，橋道高程已有相關(guān)規(guī)定。橋梁的梁底高程和支座高程應(yīng)滿足以下條件：

（1）梁底高程>max{設(shè)計(jì)洪水位+500 mm，最高流冰水位+750 mm}。

（2）支座高程>max{設(shè)計(jì)洪水位+250 mm，最高流冰水位+500 mm}。

需要特別說(shuō)明的是：當(dāng)橋下有流水阻塞或者漂浮物時(shí)，橋下的凈空范圍應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w要求來(lái)設(shè)定，有淤泥河床時(shí)可以適當(dāng)增加橋下凈空。

4 結(jié)論與展望

4.1 結(jié)論

（1）該文以簡(jiǎn)支T形梁橋?yàn)檠芯炕A(chǔ)，重點(diǎn)分析橋梁的設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)指標(biāo)。

（2）以某高速橋梁側(cè)翻為工程實(shí)例，探討橋梁設(shè)計(jì)荷載與結(jié)構(gòu)抗力的關(guān)系，具體分析橋梁三個(gè)設(shè)計(jì)原則。

（3）對(duì)橋梁平面設(shè)計(jì)和縱斷面設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行分析，得到橋縱斷面設(shè)計(jì)須遵循的設(shè)計(jì)參數(shù)為：橋梁總跨徑、橋梁分孔、橋道高程、基礎(chǔ)埋深。

（4）橋梁設(shè)計(jì)雖有規(guī)范可尋，但仍要根據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w環(huán)境做出變通，設(shè)計(jì)出符合要求的橋梁。

4.2 展望

我國(guó)工程行業(yè)正朝著縱向發(fā)展，優(yōu)化施工工藝、研發(fā)新材料、裝配式施工都將使施工工藝更標(biāo)準(zhǔn)化，提高施工效率。如圖3所示的預(yù)制T形梁橋。T形簡(jiǎn)支梁施工大部分采取預(yù)制方式，使得預(yù)制構(gòu)件不受施工環(huán)境影響，施工進(jìn)度較快且構(gòu)件質(zhì)量均勻，產(chǎn)生的廢料較少。今后應(yīng)開(kāi)展裝配式簡(jiǎn)支T形梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)研究。

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