改革開放以來,我國公路建設事業迅猛發展。作為公路建設重要組成部分的橋梁建設也得到相應發展,跨越大江(河)、海峽(灣)的長大橋梁建設也相繼修建,一般公路和高等級公路上的中、小橋、立交橋,形式多樣,工程質量不斷提高,為公路運輸提供了安全、舒適的服務。
現結合常用的橋型談談對公路橋梁發展趨勢的看法,不當之處,請同行指正。
一、板式橋
板式橋是公路橋梁中量大、面廣的常用橋型,它構造簡單、受力明確,可以采用鋼筋混凝土和預應力混凝土結構;可做成實心和空心,就地現澆為適應各種形狀的彎、坡、斜橋,因此,一般公路、高等級公路和城市道路橋梁中,廣泛采用。尤其是建筑高度受到限制和平原區高速公路上的中、小跨徑橋梁,特別受到歡迎,從而可以減低路堤填土高度,少占耕地和節省土方工程量。
二、梁式橋
梁式橋種類很多,也是公路橋梁中最常用的橋型,其跨越能力可從20m直到300m之間。
公路橋梁常用的梁式橋形式有:
按結構體系分為:簡支梁、懸臂梁、連續梁、T型剛構、連續剛構等。
按截面型式分為:T型梁、箱型梁(或槽型梁)、衍架梁等。
梁式橋跨徑大小是技術水平的重要指標,一定程度上反映一個國家的工業、交通、橋梁設計和施工各方面的成就。
現從以下幾種常用的結構形式介紹梁式橋在公路橋梁上的使用和發展趨勢。
(一)簡支T型梁橋
(二)T型梁橋在我國公路上修建最多,早在50、60年代,我國就建造了許多T型梁橋,這種橋型對改善我國公路交通起到了重要作用。
80年代以來,我國公路上修建了幾座具有代表性的預應力混凝上簡支T型梁橋(或橋面連續),如河南的鄭州、開封黃河公路橋,浙江省的飛云江大橋等,其跨徑達到62m,吊裝重220t。
T形梁采用鋼筋混凝土結構的已經很少了,從16m到5Om跨徑,都是采用預制拼裝后張法預應力混凝土T形梁。預應力體系采用鋼絞線群錨,在工地預制,吊裝架設。其發展趨勢為:采用高強、低松弛鋼絞線群錨:混凝土標號40~60號;T形梁的翼緣板加寬,25m是合適的;吊裝重量增加;為了減少接縫,改善行車,采用工型梁,現澆梁端橫梁濕接頭和橋面,在橋面現澆混凝土中布置負彎矩鋼束,形成比橋面連續更進一步的“準連續”結構。
(二)連續箱形梁橋
箱形截面能適應各種使用條件,特別適合于預應力混凝土連續梁橋、變寬度橋。因為嵌固在箱梁上的懸臂板,其長度可以較大幅度變化,并且腹板間距也能放大;箱梁有較大的抗扭剛度,因此,箱梁能在獨柱支墩上建成彎斜橋;箱梁容許有最大細長度;應力值σg+p較低,重心軸不偏一邊,同T形梁相比徐變變形較小。
箱梁截面有單箱單室、單箱雙室(或多室),早期為矩形箱,逐漸發展成斜腰板的梯形箱。
箱梁橋可以是變高度,也可以是等高度。從美觀上看,有較大主孔和邊孔的三跨箱梁橋,用變高度箱梁是較美觀的;多跨橋(三跨以上)用等高箱梁具有較好的外觀效果。
(三)T形構橋
這種結構體系有致命弱點。從60年代起到80年代初,我國公路橋梁修建了幾座T形剛構橋,如著名的重慶長江大橋和滬州長江大橋,80年以后這種橋型基本不再修建了,這里不贅述。
(四)連續剛構橋
連續剛構橋也是預應力混凝土連續梁橋之一,一般采用變截面箱梁。我國公路系統從80年中期開始設計、建造連續剛構橋,至今方興未艾。
連續剛構可以多跨相連,也可以將邊跨松開,采用支座,形成剛構一連續梁體系。一聯內無縫,改善了行車條件;梁、墩固結,不設支座;合理選擇梁與墩的剛度,可以減小梁跨中彎矩,從而可以減小梁的建筑高度。所以,連續剛構保持了T形剛構和連續梁的優點。
三、鋼筋混凝立拱橋
拱橋在我國有悠久歷史,屬我國傳統項目,也是大跨徑橋梁形式之一。
我國公路上修建拱橋數量最多。石拱橋由于自重大,在料加工費時費工,大跨石拱橋修建少了。山區道路上的中、小橋涵,因地制宜,采用石拱橋(涵)還是合適的。大跨徑拱橋多采用鋼筋混凝土箱拱、勁性骨架拱和鋼管混凝土拱。
鋼筋混凝土拱橋的跨徑,一直落后于國外,主要原因是受施工方法的限制。我國橋梁工作者都一直在探索,尋求安全、經濟、適用的方法。根據近年的實踐,常用的拱橋施工方法有:(1)主支架現澆;(2)預制梁段纜索吊裝;(3)預制塊件懸臂安裝;(4)半拱轉體法;(5)剛性或半剛性骨架法。
鋼筋混凝土拱橋自重較大,跨越能力比不上鋼拱橋,但是,因為鋼筋混凝土拱橋造價低,養護工作量小,抗風性能好等優點,仍被廣泛采用,特別是崇山峻嶺的我國西南地區。
四、斜拉橋
斜拉橋是我國大跨徑橋梁最流行的橋型之一。目前為止建成或正在施工的斜拉橋共有3O余座,僅次于德國、日本,而居世界第三位。而大跨徑混凝土斜拉橋的數量已居世界第一。
斜拉橋發展趨勢:跨徑會超過10O0m;結構類型多樣化、輕型化;加強斜拉索防腐保護的研究;注意索力調整、施工觀測與控制及斜拉橋動力問題的研究
五、懸索橋
懸索橋是特大跨徑橋梁的主要形式之一,可以說是跨千米以上橋梁的唯一橋型(從目前已建成橋梁來看說是唯一橋型)。但從發展趨勢上看,斜拉橋具有明顯優勢。但根據地形、地質條件,若能采用隧道式錨碇,懸索橋在千米以內,也可以同斜拉橋競爭。根據理論分析,就目前的建材水平,懸索橋的最大跨徑可達到3500m左右。已建成的日本明石海峽大橋,主跨已達1990m。正在計劃中的意大利墨西拿海峽大橋,設計方案之一是懸索橋,其主跨3500m。當然還有規劃中更大跨徑的懸索橋。
懸索橋結合地形、地質、水文可采用單跨懸吊、雙跨不對稱懸吊和三跨懸吊(簡支和連續體系)。據查,世界上懸索橋多為單跨懸吊,其次是不對稱雙跨和三跨簡支懸吊。三跨懸吊連續體系最少。丹麥大帶橋,三跨懸吊連續,其跨徑為535m+1624m+535m;中國的廈門海滄大橋,三跨懸吊連續,其跨徑為?230m+648m+23Om,可稱世界同類橋梁的第二位。
主纜的施工方法:空中紡線法(AS);索股法(PWS)。我國幾座懸索橋均采用PWS法。索股采用φ5mm鍍鋅鋼絲,由91或127根φ5組成一根索股,根據受力鋼纜由不同數量索股組成。
我國今后還會在長江、海灣修建更大跨徑的懸索橋;一般加勁梁仍用鋼箱;塔、錨用混凝土,但應對大體積混凝土水化熱的冷卻降溫措施加以研究;懸索橋風動穩定還需進一步研究;鋼箱梁的橋面鋪裝,我國已建成的幾座懸索橋,都存在問題,今后應進一步研究鋼箱梁橋面鋪裝材料、鋼箱除銹、清潔、鋪裝的粘結以及施工工藝等。
隨著我國經濟發展,材料、機械、設備工業相應發展,這為我國修建大跨徑斜拉橋和懸索橋提供了有力保障。再加上廣大橋梁建設者的精心設計和施工,使我國建橋水平已躍身于世界先進行列。我國幅員遼闊,經濟發展水平參差不齊,經濟上總體水平不高,公路橋梁發展還是要著眼于量大、面廣的一般大、中橋,這類橋梁仍以預應力混凝土結構為主。首先,要著重抓多樣化、標準化,編制適用經濟的標準圖,提高施工水平和質量,然后再抓住跨越大江(河)、海灣的特大型橋梁建設,不斷總結經驗,既體現公路人的建橋水平,又要保證高標準、高質量建橋。