橋梁上部結構總體設計的方案對比分析

秦文炳　崔娟

摘 要：經濟水平的快速提高，促使我國的橋梁工程建設事業獲得了長足的進步。在整個橋梁結構的組成中，上部結構是影響橋梁功能實現和使用壽命的重要因素，因此，為了施工的便利、結構本身的安全與合理，加強對橋梁上部結構總體設計方案的優化，合理選用最佳設計方法非常必要。

關鍵詞：橋梁上部結構；總體設計方案；對比分析

中圖分類號：U433 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）05-0155-01

近年來，我國交通基礎設施建設飛速發展，橋梁作為其中一個重要的節點，所承擔的交通功能越來越大，對橋梁設計、建設提出了新的要求。如何協調橋梁工程項目中經濟、質量與安全的關系，實現三者的統一并存，采用優化思想，針對在整個橋梁工程建設中具有重要作用價值的上部結構設計方案實施合理、正確地選擇至關重要，有助于提升橋梁的耐久性和使用壽命，從而保證功能正常、造價合理、安全穩定。

1 橋梁上部結構的組成部分

橋梁工程項目建設是一項較為系統、復雜且艱巨的工程任務，由于近年來經濟的快速發展，使得公路橋梁建設規模越來越大，而保證施工質量的前提是工程的設計方案具有可行性，尤其橋梁的上部結構設計非常關鍵，為了進一步確保設計方案的科學準確度，在設計之前首先應該細致了解橋梁的上部結構都包含哪些組成部分。首先是橋面，這個供車輛與行人通行的部分，不同的橋梁橋面也各不相同，例如：公路橋面主要由水泥混凝土、瀝青混凝土組成；其次為橋跨結構，橋跨結構是橋梁的主要承重結構，是橋梁設計的核心內容，跨越幅度、承受作用的大小都會嚴重影響橋跨結構的構造及其復雜程度，最后為支座，它在橋梁的上部結構中主要負責把上部結構中產生的支撐反力傳遞給橋梁的墩臺的中間節點和紐帶，支座設計的不合理將會嚴重影響全橋的受力狀態。

2 工程實例概況

本工程為XX地區高速公路橋梁工程建設項目，本標段路線全長達到53.534 km，橋梁總長度為20.118 km，占據路線長度的比例為37.6%，縱觀該施工區域環境，總的來說由于地形較為復雜、周邊構筑物較多，地質變化較大，因而具有較大的施工難度，沿線途中溝谷密布，擁有較大的地面自然橫坡，因此為了能在如此復雜的施工環境中順利展開施工，必須做好橋梁工程的設計工作。

3 橋梁上部結構的總體設計要求

為了保證橋梁的安全、質量和使用壽命，需要依據施工現場環境特點，采用合理的設計方法，以經濟、適用、環保、安全等因素為考慮前提，本工程橋梁上部結構采用現場預制方式，總結出以下幾方面關于橋梁上部結構的總體設計要求：

首先，通過結合施工環境地形、地質特征以及地方特點，對不同墩高以及橋梁跨徑的設計方案組合實施對比分析，最終得出最為經濟合理的設計組合方案。同時，一般來說，高跨比的相互匹配度也十分重要，橋墩的高度應略小于橋梁的跨徑，這樣非常有利于橋梁的總體布置造型顯得更加美觀出色。綜上所述，結合項目的地方特點，橋梁的上部結構常會選用25～30 m跨徑的裝配式小箱梁、40 m的T梁，20 m跨徑及以下的一般采用預制空心板。此外，利用先簡支后連續方式的預制結構，可以使得橋梁路面通行時更為穩定、舒適，并降低橋梁總體的運營維護費用，空心板、裝配式箱梁一般采用橋面連續，T梁一般采用結構連續。其次，墩高大于35 m的T梁則使用墩梁固結的形式，當縱坡較大時也選用墩梁合計；對于簡支結構不考慮墩梁固結，以上做法的優勢在于能夠保證橋梁的結構安全性及穩定性，十分有益于交通行車。最后，鑒于高速公路橋梁工程建設施工難度較大，極易受到施工現場地理環境等因素影響，因此需要根據施工過程中的具體情況，對設計要求作出調整改進，上部結構的選用與橋墩高度和橋寬變化等均有聯系，例如：橋墩高度很高時（一般墩高>35 m），通常采用T梁的結構形式；而橋墩高度較低、橋寬變化不穩定時，則會使用現澆混凝土連續箱梁或者預制空心板。

4 不同的橋梁上部結構設計方案對比分析

由于高速公路中橋梁占有很大比例，所以橋梁上部結構的設計方案選用顯得十分重要，一般情況下，不會選用大跨徑橋梁，橋梁上部結構的設計方案會選擇便于施工、實用功能性強且造價合理的方案，那么進行對比分析的時候，主要以標準化、裝配化的結構形式為選用參考依據，同時要注意其代表性意義，例如：在實施上部結構設計方案對比時，會將25 m、30 m、40 m的不同跨徑尺寸來做比較，從T梁和裝配式小箱梁兩種上部結構之間選擇，通過對橋梁上部結構的設計方案對比分析，可以最終選出既經濟又實用美觀的結構形式與跨徑組合，下文從施工、經濟造價、功能使用優勢以及結構受力等各方面進行對比分析。

4.1 施工工藝及便利性

從施工角度來看，小箱梁的施工技術較為復雜、困難，其自身的腹板斜置，而且澆筑混凝土時必須安放好箱內模板才能順利進行。斜交時端頭部分的處理相對復雜。T梁便占據優勢，其施工工藝發展已十分成熟，有較好的耐用性。若將同跨徑的小箱梁與T梁相比，不僅吊裝機械配置要求較高，而且重量相對較大，所以在施工便利性上也稍顯劣勢。但是先簡支后橋面連續小箱梁兼具簡支結構施工難度相對較低，不需要張拉墩頂負彎矩區鋼束，施工便捷順暢。

4.2 經濟造價

通過對25 m、30 m、40 m的具有相同跨徑的小箱梁與T梁結構相比較，并且兩者的下部結構形式相同，因而在橋梁上部結構設計方案的選擇中不難得出，40 m的T梁和小箱梁的經濟造價幾乎一樣，水平相當，而25 m、30 m的小箱梁卻比T梁的經濟性好。

4.3 功能使用優勢

從橋梁的功能使用優勢方面來比較，首先，在T梁跨中存在著很多橫隔板連接著每一片的主梁，外形美觀度不足。同時，T梁的跨徑適用范圍十分廣泛，尤其在抗彎剛度方面，在山區橋墩大跨當中優勢作用很明顯。

4.4 結構受力

從單幅一孔的整體抗彎剛度來看，小箱梁不如T梁出色，尤其遇到斜交結構，T梁一般會設計放置很多道橫隔板，抵抗受力的效果必定優于小箱梁。若論抗扭剛度，單幅一孔的小箱梁則要好于T梁，此外，單片小箱梁自穩性遠優于T梁，而且非常便于施工，既穩定又安全。

4.5 墩高影響

橋梁的墩高也是影響上部結構選擇的重要參數。墩高較高時，宜采用較大跨徑的上部結構，反之亦然，其考量的指標主要是經濟性。

通過以上不同上部結構設計方案的對比，以統一梁型、保障工程項目的經濟造價合理、質量安全性合格，且施工方法合適、便捷為分析選用原則，通過墩高和上部結構的對比，綜合分析評判，形成以下選型原則：墩高小于15 m時，選用20 m跨先簡支后橋面連續預制空心板結構；墩高15～35 m時，選用25 m、30 m跨先簡支后橋面連續小箱梁結構；墩高35～60 m時，選用40 m跨先簡支后結構連續（或墩梁固結）T梁，墩高60 m以上時，應根據地形、地質條件進行經濟技術論證，采用T梁或剛構方案。

5 結 語

總之，橋梁工程建設作為交通基礎設施建設的重要節點，歷來受到極大的關注和重視，橋梁上部結構是橋梁結構中關鍵的構成部分，如何選用科學、實用、恰當的設計方案關乎到橋梁工程質量、安全、經濟、美觀性等方面影響，設計人員需結合工程具體情況，不斷改善設計方案中的細節，經過對比與分析，從中選擇最優設計，完成更高水平和質量的橋梁工程設計項目。

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