特殊荷載橋梁設(shè)計(jì)體會(huì)——淺析錫林浩特特載跨線橋設(shè)計(jì)

徐 輝

（中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院，天津 300074）

0 前言

隨著國家汽車產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展和國外汽車的大量引進(jìn)，以及礦區(qū)對(duì)重型汽車的需求，礦山出口及礦山內(nèi)部通行的卡車很少能滿足國家設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)軸重的限制，故不能套用《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2004）中提供的汽車荷載進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)。礦區(qū)中的車輛荷載必須通過現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)得到，這些未知的不確定因素給橋梁設(shè)計(jì)者造成了不小的困難。筆者有幸參與了一些特殊荷載橋梁的設(shè)計(jì)工作，其中內(nèi)蒙古錫林浩特跨越錫烏鐵路跨線橋?yàn)?0 m簡(jiǎn)支體系預(yù)應(yīng)力T梁，為同類別橋梁中較大跨徑的橋梁。本文通過對(duì)錫林浩特跨越錫烏鐵路的特殊荷載跨線橋梁的設(shè)計(jì)分析，淺析一下對(duì)特殊荷載橋梁設(shè)計(jì)的體會(huì)。

1 橋梁荷載及跨徑選擇

設(shè)計(jì)初期，筆者對(duì)礦區(qū)內(nèi)部的工作卡車進(jìn)行了記錄和觀測(cè)，并對(duì)礦區(qū)遠(yuǎn)期預(yù)采購的運(yùn)輸卡車情況進(jìn)行了記錄以獲得原始數(shù)據(jù)。根據(jù)設(shè)計(jì)合同要求，此橋設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100 a。根據(jù)《公路統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》，概率分布取用正態(tài)和極值I形兩種分布類型，荷載效應(yīng)按照95%的分位點(diǎn)（風(fēng)險(xiǎn)率為5%）取值。根據(jù)原始數(shù)據(jù)以及設(shè)計(jì)概率分布分析得到設(shè)計(jì)荷載為120 t，汽車最終縱向軸重如圖1所示。

由于該橋跨越錫烏鐵路，以及未來礦區(qū)內(nèi)部鐵路建設(shè)預(yù)留空間，最終該橋選擇了3×40m跨徑布置。

2 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 橋梁結(jié)構(gòu)選型

與常規(guī)橋梁不同，該橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有其特殊性：首先其跨越鐵路，為不影響鐵路的運(yùn)營(yíng)且節(jié)省成本，該橋優(yōu)先選用預(yù)制結(jié)構(gòu)。橋梁設(shè)計(jì)中常用的預(yù)制梁有預(yù)制小箱梁及預(yù)制T梁兩種類型，設(shè)計(jì)時(shí)，筆者對(duì)兩種結(jié)構(gòu)在特殊荷載作用下的特性進(jìn)行了對(duì)比，具體對(duì)比如表1所列。

表1 兩種預(yù)制結(jié)構(gòu)比較表

從表1中，可以得到，預(yù)制T梁相對(duì)小箱梁而言，起重重量輕，并且在活荷載占主導(dǎo)的橋梁設(shè)計(jì)中，受力相對(duì)明確，故最終確定采用預(yù)制T梁作為此橋的設(shè)計(jì)方案。

2.2 橋梁連續(xù)體系選擇

三跨預(yù)制T梁順橋向縱向連續(xù)體系有先簡(jiǎn)支后連續(xù)、橋面連續(xù)及直接簡(jiǎn)支梁采用伸縮縫連接三種形式，三種連接方式優(yōu)缺點(diǎn)如表2所列。

鑒于該橋?yàn)樘厥夂奢d設(shè)計(jì)橋梁，且由于若采用先簡(jiǎn)支后連續(xù)體系，梁體本身不對(duì)支點(diǎn)產(chǎn)生負(fù)彎矩，支點(diǎn)區(qū)域的負(fù)彎矩僅僅由橋面鋪裝等產(chǎn)生，此彎矩相對(duì)于特載要小得多，配設(shè)負(fù)彎矩鋼束顯得不合適，故該橋不采用先簡(jiǎn)支后連續(xù)橋面連續(xù)體系。從橋面連續(xù)體系橋梁長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)情況來看，此類別橋梁易出現(xiàn)支點(diǎn)裂縫，長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下，對(duì)墩柱耐久性不利。故該項(xiàng)設(shè)計(jì)選用簡(jiǎn)支體系橋梁，梁端設(shè)置伸縮縫。此橋位于寒冷區(qū)，采用伸縮縫有利于橋上行駛的車輛減速慢行，能起到一定安全導(dǎo)向作用。

表2 橋梁連續(xù)結(jié)構(gòu)形式選擇比較表

2.3 橋面翼緣板以及橫隔板設(shè)計(jì)

由于該橋設(shè)計(jì)荷載為特殊荷載，橋梁翼緣板沒有采用常規(guī)翼緣板設(shè)計(jì)，而是選擇了加厚為35 cm的鋼纖維橋面板以滿足結(jié)構(gòu)抗剪及抗彎驗(yàn)算。抗剪和抗彎驗(yàn)算嚴(yán)格按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》4.1中對(duì)橋面板的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。特別提出一點(diǎn)建議為邊梁翼緣板設(shè)計(jì)問題，邊梁的翼緣板最好采用兩側(cè)對(duì)稱設(shè)計(jì)。由于該橋?yàn)樘厥夂奢d橋梁，設(shè)計(jì)中采用鋼束直徑較大，如果邊梁的翼緣板不對(duì)稱設(shè)計(jì)，則會(huì)造成截面橫向不對(duì)稱，極易在T梁這種橫向剛度較弱的結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生橫向側(cè)彎。

眾所周知，橫隔板位于跨中位置時(shí)受力最不利，以往設(shè)計(jì)T梁時(shí)，常按照《橋梁工程》教科書中提供的一些假設(shè)進(jìn)行設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)方法按照所有橫隔板中最大受力橫隔板進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且所有的橫隔板采用相同的間距。此種設(shè)計(jì)方法往往浪費(fèi)材料。筆者設(shè)計(jì)該超載橋梁時(shí)候利用T梁受力明確的特點(diǎn)，直接按照梁格進(jìn)行建模，提取最不利內(nèi)力，最后按照從跨中向端部采用由密到疏的原則配置橫隔板，其中跨中橫隔板間距為4 m,端部為6 m。

2.4 強(qiáng)度設(shè)計(jì)

鑒于該橋?yàn)樘剌d橋梁，設(shè)計(jì)時(shí)候不采用橫向分布系數(shù)進(jìn)行單梁計(jì)算而是直接采用整體模型進(jìn)行計(jì)算，具體模型如圖2所示。

橋梁強(qiáng)度嚴(yán)格按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行設(shè)計(jì)，唯一要提到的一點(diǎn)是：由于該橋采用的預(yù)應(yīng)力鋼束相對(duì)直徑較大，且活荷載所占比重較大，在無活荷載情況下，由于預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的反向剪力較大，和常規(guī)橋梁不大一樣，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)給予充分的重視。

3 總結(jié)

（1）特殊設(shè)計(jì)橋梁使用的荷載需根據(jù)實(shí)地觀測(cè)并按照概率分位點(diǎn)選取，在此基礎(chǔ)上，橋梁設(shè)計(jì)人員還應(yīng)兼顧遠(yuǎn)期的規(guī)劃以確定最合適經(jīng)濟(jì)的荷載。

（2）當(dāng)特殊橋梁設(shè)計(jì)采用預(yù)制結(jié)構(gòu)時(shí)，建議采用受力明確的T梁進(jìn)行設(shè)計(jì)，并采用同樣受力明確的簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。橋梁受力分析可不采用先計(jì)算橫向分布系數(shù)，后計(jì)算單梁的方法，而是直接按照梁格法建模，直接確定荷載。

（3）橫隔板及橋面板設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選取。橫隔板選取建議采用中間密兩端疏的結(jié)構(gòu)，橋面板混凝土最好采用耐磨性相對(duì)較好的鋼纖維或者聚丙烯混凝土。

[1]JTGD60-2004，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

[2]JTGD62-2004,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]張宏斌.特載橋梁的主梁承載能力設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究[J].北方交通,2010,（12）.

[4]康莉,劉旭鍇.南疆復(fù)線公路橋主橋箱梁懸澆設(shè)計(jì)與施工[J].城市道橋與防洪,2011,（8）.