■宋陽運(yùn) ■上海千年城市規(guī)劃工程設(shè)計(jì)股份有限公司，上海市 201108

橋梁結(jié)構(gòu)，特別是隨著近代新技術(shù)、新材料、新工藝(混凝土、預(yù)應(yīng)力、掛籃等)的引入，對橋跨、橋型等發(fā)生了革命性的改變。橋梁結(jié)構(gòu)形式的多樣性是現(xiàn)代科技賦予的時(shí)代性;現(xiàn)實(shí)橋型的合理選擇利用是人們智力與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的集中體現(xiàn)。

橋梁工程師在現(xiàn)代的橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，就要緊密結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，深入分析當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展形勢，提出符合技術(shù)先進(jìn)、安全適用、經(jīng)濟(jì)合理、結(jié)構(gòu)美觀的設(shè)計(jì)方案。以下結(jié)合具體工程項(xiàng)目，闡述小箱梁結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程中的合理利用。

論述觀點(diǎn):⑴適合現(xiàn)場建設(shè)條件;⑵施工條件的可操作性;⑶結(jié)構(gòu)使用的繼承并創(chuàng)新;⑷類似工程的可推廣性。

筆者在實(shí)例中主要承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)主梁繪制，計(jì)算的工作任務(wù)，解決了非標(biāo)準(zhǔn)跨徑主梁鋼束布置，橋墩防撞計(jì)算及防撞措施設(shè)計(jì)等結(jié)構(gòu)問題。

1 工程概況

上海市金山區(qū)亭林鎮(zhèn)紫石涇4號橋，需跨越紫石涇，現(xiàn)狀河口寬度約50m，規(guī)劃河口寬50m，該河道通航等級Ⅵ級，通航凈寬為31m，凈高為4.5m，最高通航水位為3.55m;梁底控制標(biāo)高經(jīng)區(qū)水務(wù)局、區(qū)航務(wù)所等單位協(xié)調(diào)后采用梁底控制標(biāo)高≥8.05m。

根據(jù)以上條件并結(jié)合現(xiàn)場情況存在以下幾個(gè)主要問題:

⑴現(xiàn)狀河口及規(guī)劃河口均較寬，且為通航河道，若河道中設(shè)置橋墩應(yīng)考慮橋墩防止船舶撞擊對橋梁安全性的影響;

⑵橋梁中跨要求不小于35m;

⑶結(jié)合現(xiàn)場情況及航務(wù)部門要求，施工期間不能影響航道船只正常通行，大型施工機(jī)械無法進(jìn)場;

⑷資金投入有限要求橋梁結(jié)構(gòu)選型簡單，易操作，盡量節(jié)約投資;

⑸橋梁梁底控制標(biāo)高及通航凈高較高，致使橋梁接坡困難，綜合考慮引橋與高填路基的比較選擇使用。

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

⑴設(shè)計(jì)荷載:公路-Ⅱ級，人群荷載3.5kPa;

⑵設(shè)計(jì)安全等級:一級;

⑶河道要素:現(xiàn)狀河口寬約50m，規(guī)劃河口寬度50m，河道通航等級Ⅵ級，通航凈寬為31m，凈高為4.5m。

3 小箱梁結(jié)構(gòu)利用論述

3.1 結(jié)構(gòu)選型

針對本工程實(shí)例存在的主要問題，橋梁結(jié)構(gòu)經(jīng)綜合考慮后:主跨結(jié)構(gòu)采用先簡支后連續(xù)小箱梁結(jié)構(gòu)，引橋采用先張法空心板結(jié)構(gòu);橋梁孔跨布置22m+22m+(28+40+28)m+22m+22m，橋梁總長為184m，橋梁結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 橋梁立面圖

簡支變連續(xù)小箱梁結(jié)構(gòu)針對本工程特點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn):

⑴主梁結(jié)構(gòu)采用工廠預(yù)制，質(zhì)量有很好的保障，能與下結(jié)構(gòu)施工平行實(shí)施，縮短施工工期。

⑵同跨徑小箱梁結(jié)構(gòu)較T梁結(jié)構(gòu)，梁高較低，在滿足航務(wù)要求的同時(shí)建筑結(jié)構(gòu)相對較小，較少了臺后接坡的難度和工程投資。

⑶小箱梁結(jié)構(gòu)較現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，單位面積經(jīng)濟(jì)性好。

⑷現(xiàn)場施工場地建設(shè)條件較差，預(yù)制小箱梁結(jié)構(gòu)提高了工程的可操作性。

⑸引橋選擇采用跨度較大的先張法空心板結(jié)構(gòu)，在高填路基與橋梁結(jié)構(gòu)從施工難度、經(jīng)濟(jì)性等方面選擇一平衡點(diǎn)合理布置跨徑，從而得到資金合理充分利用的最大化。

⑹本實(shí)例中跨簡支變連續(xù)等高小箱梁結(jié)構(gòu)，在繼承既有通用結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新的縮短了邊跨結(jié)構(gòu)，對整個(gè)工程的經(jīng)濟(jì)性來說，有很好的優(yōu)化效果。

3.2 小箱梁結(jié)構(gòu)的合理利用

現(xiàn)行橋梁預(yù)制結(jié)構(gòu)通用圖均為等跨布置，若按通用圖結(jié)構(gòu)，同時(shí)為滿足中跨通航要求，橋梁主跨需布置為3×40m先簡支后連續(xù)小箱梁結(jié)構(gòu);如采用此類通用結(jié)構(gòu)布置一方面造成投資量大，資源浪費(fèi)，另一方面更有生搬硬套之嫌，不符合現(xiàn)行的橋梁設(shè)計(jì)原則(技術(shù)先進(jìn)、安全適用、經(jīng)濟(jì)合理)。

本工程實(shí)例從結(jié)合實(shí)際現(xiàn)場情況及航務(wù)、水務(wù)部門要求出發(fā)，以安全適用、經(jīng)濟(jì)合理為橋梁設(shè)計(jì)原則，在繼承原通用孔跨3×40m先簡支后連續(xù)小箱梁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，孔跨布置優(yōu)化調(diào)整為28m+40m+28m，邊跨與中跨跨徑比為0.7，梁高均采用與中跨40m相同一致，即梁高為2.0m。

優(yōu)化后邊、中跨主梁結(jié)構(gòu)通過鋼束布置設(shè)計(jì)，墩頂負(fù)彎矩鋼束調(diào)整，經(jīng)過橋梁博士設(shè)計(jì)軟件計(jì)算后均符合規(guī)范要求。以下列出通用結(jié)構(gòu)鋼束使用量與優(yōu)化后鋼束使用量對比。

從表1—鋼束使用量對比可以得出優(yōu)化后主梁結(jié)構(gòu)鋼束使用量減少1236.3kg，優(yōu)化鋼束量約25%。

表1 鋼束使用量對比

以下列出優(yōu)化后結(jié)構(gòu)分析過程及結(jié)論。

3.2.1 優(yōu)化后結(jié)構(gòu)分析過程

⑴截面極限承載能力驗(yàn)算

圖2 承載力包絡(luò)圖

計(jì)算結(jié)果表明驗(yàn)算截面的設(shè)計(jì)彎矩均小于截面極限承載彎矩。滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

⑵使用階段應(yīng)力驗(yàn)算

使用階段正截面抗裂驗(yàn)算

圖3 短期效應(yīng)組合上下緣應(yīng)力包絡(luò)圖

按A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件計(jì)算要求:在短期效應(yīng)組合下σst-σpc≤0.7ftk=1.855MPa，計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范規(guī)定短期效應(yīng)組合下正截面抗裂的計(jì)算要求。

從上圖4應(yīng)力分析可知，長期組合下截面上下緣均未出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足按A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件計(jì)算要求。

圖4 長期效應(yīng)組合上緣應(yīng)力包絡(luò)圖

使用階段斜截面抗裂驗(yàn)算

圖5 短期效應(yīng)組合主拉應(yīng)力圖

通過以上計(jì)算可知，全梁各單元截面最大主拉應(yīng)力為1.300MPa＜0.7ftk=0.7×2.65=1.855MPa滿足A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件受力要求。

使用階段正截面混凝土壓應(yīng)力驗(yàn)算

圖6 標(biāo)準(zhǔn)組合截面上緣正應(yīng)力包絡(luò)圖

正截面最大壓力通過以上計(jì)算可知為14.207MPa＜0.5fck=0.5×32.4=16.2MPa滿足預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件受力要求。

使用階段斜截面主壓應(yīng)力驗(yàn)算

圖7 截面主壓應(yīng)力

通過以上計(jì)算可知，全梁各單元截面最大主壓應(yīng)力為14.208MPa＜0.6fck=0.6×32.4=19.44MPa滿足預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件受力要求。

主梁其余內(nèi)容(包括剛度、撓度、預(yù)應(yīng)力鋼束張拉應(yīng)力等)計(jì)算均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，在此不再贅述。

4 主要結(jié)論

結(jié)合本工程實(shí)例，關(guān)于小箱梁的實(shí)際選型應(yīng)用主要總結(jié)一下幾點(diǎn)結(jié)論:

⑴建設(shè)條件較差，中跨要求較大，一般是通航河道，具有通航凈寬要求的(一般要求中跨＞25m)，建設(shè)時(shí)又受建設(shè)資金影響，現(xiàn)階段在上海郊區(qū)部分涉及航道農(nóng)村橋梁改造項(xiàng)目中，這類情況較普遍的存在;預(yù)制小箱梁結(jié)構(gòu)是首選的推薦橋型。

⑵現(xiàn)行通用小箱梁布置為等跨徑布置，在實(shí)際應(yīng)用中往往受河口寬度、地形條件等因素限制，而無法運(yùn)用;本項(xiàng)目繼承現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)?shù)卣{(diào)整邊跨跨徑，以符合實(shí)際項(xiàng)目的需求;本工程具有破磚引玉之效，其他類似項(xiàng)目可以借鑒使用，集聚事物的一般性和特殊性。

⑶T梁結(jié)構(gòu)與小箱梁結(jié)構(gòu)具有相似地經(jīng)濟(jì)性，但其梁高比小箱梁要高，在建筑高度受限或涉及臺后接坡時(shí)，一般會摒棄T梁結(jié)構(gòu)這樣的橋型，而選用小箱梁結(jié)構(gòu)。

⑷小箱梁結(jié)構(gòu)的抗彎、抗扭剛度均較大，結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性具有很好的保障，在沒有特殊景觀要求時(shí)，此橋型是很好的選擇。

［1］公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTG D60-2004).人民交通出版社，2004.

［2］橋梁防撞理論和防撞裝置設(shè)計(jì).人民交通出版社，2013.

［3］公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D63-2007).人民交通出版社，2007.