高速公路預制橋梁布梁設計探討

何湘峰 何艷芳 李光波

(1.廣東省公路勘察規劃設計院股份有限公司，廣東廣州 510507;2.中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西西安 710075)

高速公路中大多數橋梁為預制橋，且大量預制橋布置在路線平曲線內，形成彎橋，如何使直的預制梁適應彎的平曲線形，是布梁設計的主要內容。精細、合理的布梁方案不但可以減少預制梁長和蓋梁種類，從而降低施工難度，減少施工單位的工作量和錯誤發生幾率，而且能使直線梁較平順地以直代彎，以折代彎，吻合路線線形，滿足外形美觀。布梁方式概括起來可分為兩種:一種為平行布梁法，一種為徑向布梁法。所謂“平行”和“徑向”，其實質是指橋墩(臺)蓋梁彼此間的位置布置關系，而不是指主梁的位置關系。下面結合圖形具體介紹這兩種方法的概念、具體做法和優缺點，并最終提出各自適用范圍的建議。

1 平行布梁法

1.1 概念

平行布梁法是指將各個橋墩以及橋臺按蓋梁中心線彼此平行的關系布置，然后再在這樣的墩臺上布置主梁的方法。特點是各蓋梁相互平行，而各蓋梁中心線與路線中心線切線方向的夾角則互不相同，如圖1所示。

圖1 平行布梁法示意圖

平行布梁法又可分為直線布梁法及折線布梁法兩種。直線布梁法是指全橋蓋梁橫橋向的中點位于一條直線上，即以直代彎、彎橋直做;折線布梁法是指全橋蓋梁橫橋向中點連線成折線狀，相鄰兩孔的主梁軸線之間存在大于0°的夾角，即以折代彎，彎橋折做。

1.2 適用范圍

一般來說平行布梁法適用于橋梁孔數不大于3孔的中小橋梁，并且直線布梁法不適用于曲線半徑過小的橋梁。

1.3 操作方法

1)直線布梁法:以橋跨起終的連線作為布梁基線，均分布梁基線，將其法線旋轉至設計角度得到墩臺軸線，按梁板的寬度偏置布梁基線與墩臺軸線相交得到各片主梁的梁位，如圖2所示。如果布梁結果使得梁邊緣與路線邊緣矢高過大，超過了梁翼緣調整的范圍，可以對整座橋進行中心軸在橫橋向平移，以均分橋梁左右兩側的翼緣差;或者可以把整個橋做寬，畫線的時候按設計的曲線畫，但是這種方法做出的橋梁美觀方面欠佳，一般用的比較少。

圖2 直線布梁法梁位圖

2)折線布梁法:作出橋梁中點處路線中心線的法線，并且旋轉法線至橋梁的設計角度，復制該旋轉后的直線至各個墩臺與路線中心線的交點處(標準跨徑計算出的墩臺軸線與路線中心線交點)，得到各個墩臺軸線。在墩臺蓋梁中心線上找到各片梁的支撐點，然后連接相鄰兩孔同一片梁的兩個支撐點，得到各片主梁梁位，見圖3。

圖3 折線布梁法梁位圖

1.4 優缺點分析

平行布梁法設計出的橋梁全橋的墩臺中心線均平行，直線布梁法可以保證全橋范圍內梁板長度相同、板兩端的角度相同，下部的蓋梁尺寸亦相同;折線布梁法至少可以保證一跨內梁板長度相同、板兩端的角度相同。無論是直線平行布梁法還是折線平行布梁法對施工來說平行布梁是最方便的布梁方式，它只需一套模板，甚至不用調整模板就能將所有梁板預制好。但是平行布梁的適用范圍相對較窄，而且直線平行布梁法設計過程中涉及到移軸，基樁坐標、橋梁高程等計算中容易出現錯誤，復核中有時也難以復原原設計意圖。而折線平行布梁法可能導致不同跨間梁端角度差別較大，這對于有梁端濕接縫的小箱梁和T梁影響不大，但是對于梁端只有2 cm空隙的簡支板來說，就需要對梁端角度做些調整。

2 徑向布梁法

2.1 概念

徑向布梁法指墩臺蓋梁中心線與路線設計線切線方向的夾角保持一致，見圖4。

圖4 徑向布梁法示意圖

2.2 適用范圍

徑向布梁法的適用范圍比較廣，幾乎適用于所有預制拼裝的橋梁。

2.3 操作方法

具體做法是找到墩臺蓋梁中心線處的路線設計線法線，然后旋轉至橋梁設計角度，得到墩臺中心線。而后有以下幾種操作方法:

1)相對于墩臺中心連線偏置，偏置基線為直線。

2)相對于路線中心線偏置，布梁時首先按照每片主梁的寬度偏置設計中心線，定位出偏置后曲線與墩臺蓋梁中心線的交點，再分別連接前后兩蓋梁上的交點，便得到各片主梁的中心線，偏置的基線為曲線。

3)確定梁支撐點，根據下部一般構造，在墩臺蓋梁中心線上找到各片梁的支撐點，然后連接相鄰兩孔同一片梁的兩個支撐點，得到各片主梁梁位。

對于曲線上正交橋梁上述三種方式的結果相同，對于斜交橋梁情況則存在差異。

相對于路線中心線偏置的斜交橋梁，同一跨相鄰主梁的中心線不平行。對于空心板梁這類沒有縱向濕接縫的結構，而采用墩臺中心連線作為橋梁偏置基線，要保證相鄰兩片梁相互平行。對于T梁和小箱梁結構，因具有較寬的縱向濕接縫，以上三種方式均可用。但筆者通過幾年的設計經驗認為確定梁支撐點是最合理的方法，因為此種方法保持了上下部的統一。對于曲線邊緣與梁邊緣的差值可以通過翼緣寬度調整。

2.4 優缺點分析

不管徑向布梁采用哪種方式都會涉及到一個問題，梁長的問題。對于梁長選取，設計中一般有兩種做法，選取梁長相等，通過橫向濕接縫寬度的變化來實現曲線內外側的長度差值，這種做法很顯然不適合沒有濕接縫的簡支空心板橋，對于圓曲線上至少全橋首尾相接的梁，梁長是一致的。而對于緩和曲線，幾乎沒有梁長相等的兩片梁，這給施工預制，存梁，取梁都帶來不小的麻煩。另一種做法是保證梁長不變，調整橫向濕接縫的寬度。這種方法對于施工是非常簡便的，但是對于較寬的橋或曲線半徑較小的橋，曲線內外側梁長差別較大的，超過濕接縫的可調整寬度，此辦法就不完全適用了。

3 結語

布梁要根據橋梁的結構形式，曲線半徑大小，橋梁寬度、跨徑等因素，選擇最適合的方式，減少梁長種類，達到設計簡單、施工簡便、外形優美的目的。

Inquiry on beam distribution and design of prefabricated highway bridge