單孔雙懸臂現澆梁橋的設計與分析

張松濤

（廣州市市政工程設計研究總院 廣東廣州 510000）

概述

在中小跨徑橋梁設計中常用到簡支梁橋的形式，但是簡支梁橋在跨徑加大的同時，跨中彎矩顯著增大，從而造成簡支梁的截面尺寸，結構自重，材料用量的增大。尤其是當橋位處道路控制標高較低而水利條件控制的橋梁梁底標高較高時，這將直接導致簡支梁的梁高過大而受到限制且不再適用。懸臂梁橋由于懸臂端的設置而產生支點負彎矩，支點負彎矩對于跨中正彎矩產生了卸載作用，大大減小了跨中正彎矩的大小，從而相應減小了跨中部位的梁高。因此，懸臂梁橋對于梁高受限的橋梁不失為一種可行的解決方案。

本文以某工程單孔雙懸臂預應力混凝土現澆梁橋（跨徑組合為：11m+36m+11m=58m）為例，通過對其結構設計思路及主要技術特點的闡述，并結合橋梁總體設計、結構設計以及有限元計算結果，分析并總結問題，并提出相關建議。

1 結構設計要點

單孔雙懸臂梁橋的跨徑以及梁底標高的確定應根據通航凈空（對于有通航要求的橋梁）、橋底行車凈空（對于跨線橋）以及考慮水利、規劃等部門的意見，并結合地形、地質等要求確定。在考慮以上因素之后，可以盡量按照單孔雙懸臂梁橋的受力特點，以其彎矩包絡圖面積最小為原則來確定邊孔和中孔的跨徑劃分，從而達到受力較小，最大程度節約用料的目的。

對于箱型截面主梁，可以通過適當加長其邊孔懸臂端的長度，保證中孔的跨中正彎矩值和支點的負彎矩值大致相等，從而充分發揮混凝土材料的受壓性能。但是依據經驗，邊孔的懸臂長度不能大于中孔長度的1/2倍。通常，對于普通鋼筋混凝土單孔雙懸臂箱梁橋，其邊孔懸臂長度可?。?.3～0.4）L（L 為中孔跨徑），支點梁高 H=（1/12～1/15）L，跨中梁高取h=（1/2～1/2.5）H；對應于預應力鋼筋混凝土結構，其邊孔懸臂長度可取（0.4～0.5）L，支點梁高 H=（1/15～1/18）L，跨中梁高取 h=（1/2～1/2.5）H。

單孔雙懸臂梁橋與多孔簡支梁橋相比，單孔雙懸臂梁橋在橋墩上只需設置單排支座，從而可以減小橋墩尺寸，也可以達到節約材料用量的目的。

但是，當其懸臂端長度過長時，活載產生的撓度增大，行車時跳車現象嚴重，這直接導致橋梁與路堤的連接構造容易遭到損壞。而懸臂端長度過短，在活載的作用下，邊支點容易出現負反力，此時應采取設置平衡重物或設置拉力支座等措施。

2 橋梁總體設計

2.1 主要技術標準

本工程道路等級為城市次干道，道路寬度為30～37m，設計車速40km/h，采用雙向6車道。設計荷載按照公路-Ⅰ級考慮，同時按城鎮郊區行人密集的公路橋梁考慮人群荷載為3.45kN/m2。結構設計基準期為100年，地震基本烈度為Ⅶ度，設計基本地震加速度為0.10g。

2.2 設計要點

橋梁設計按服從所建道路總體規劃的原則進行。橋梁總寬為“所在道路寬度（37m）+兩側花槽寬度（2×0.6=1.2m）=38.2m”。橋梁跨徑的選擇綜合考慮結構橋孔布設的合理性，并且與水利、地質、地形等相協調，同時滿足規劃和現狀的河涌寬度要求，因此橋梁跨徑定為11m+36m+11m=58m。梁底最低標高均高于“河涌的設計防洪水位+安全超高”，阻水比滿足水利要求。

橋梁結構采用現澆預應力混凝土單孔雙懸臂連續箱梁橋，邊中跨比合理，跨中建筑高度小，橋墩處梁的高度大，受力明確，結構安全。梁底呈拋物線型變化，線型流暢美觀，形似大鵬展翅，與橋下的河涌景觀協調一致。

圖1 單孔雙懸臂梁橋立面圖

3 結構設計

上部結構采用現澆單孔雙懸臂預應力混凝土連續箱梁，跨徑組合為11m+36m+11m，橋寬為38.2m，按雙幅橋設計，左右幅橋之間設置后澆帶，單幅橋寬19.1m，采用單箱五室型橫斷面。

單孔雙懸臂現澆梁采用變高度箱梁，梁高為1.1～2.2m，相比于同跨徑簡支梁橋，跨中梁高大大減小，梁底均按拋物線變化。腹板厚度隨著剪力的增大而從跨中向支點逐漸加大，中跨腹板厚度為45～60cm?？紤]到懸臂段需要施加壓重措施，懸臂段腹板厚度設計較厚，為60～90cm。底板的厚度隨著負彎矩的增大而逐漸從跨中向支點逐漸加大，底板厚度設置為22～55cm。中墩墩頂橫梁寬度為2.4m。為了減少跨中彎矩，增大了懸臂端的壓重，在懸臂端部設置了較大尺寸的端橫梁，橫梁寬度為1.5m，高度為2m。為減輕中跨自重，每幅橋在跨中處一定范圍內取消其中兩個箱室的底板。

箱梁采用縱向預應力體系，按全預應力混凝土構件設計?？v橋向預應力鋼束均采用φS15.2高強度低松弛鋼絞線，鋼絞線標準強度fpk=1860MPa，均采用兩端張拉。鋼束采用平、豎彎結合布置。預應力管道均采用塑料波紋管，真空壓漿工藝灌漿。

對于雙幅橋，其左右幅橋中間翼板上均設置1.0m寬混凝土后澆帶。左、右半幅橋為獨立施工，待各自鋼束全部張拉完畢拆除支架后，再澆筑后澆帶混凝土，將其連成整體。

橋墩采用扁墩形式，樁柱之間通過承臺轉換。同一軸的承臺間設置了系梁相連。每根墩柱下均連接一根φ180cm樁基，采用鉆孔或沖孔灌注樁。

在懸臂梁端下設置了樁柱式橋臺，橋臺兩側背墻延伸出橋梁范圍2m左右，起到擋土作用。橋臺臺帽基礎可利用施工支架的基礎（即φ60鋼管樁）。橋臺施工完成后可做為施工臨時支承再澆筑上部梁體混凝土。臺帽頂的施工臨時支承須隨施工支架一并拆除，確保梁端自由不受約束。

為克服橋臺臺后填土沉降、減輕橋頭跳車，改善行車條件，橋臺后均設有搭板。搭板每塊長5m（垂長），厚0.3m，搭板的寬度與橋面行車道的寬度相同。為防止搭板沿縱向滑移，造成橋頭凹坑，在搭板與凹槽之間布設豎直錨栓。

本工程橋臺、橋墩全部采用樁基礎，直接將上部結構力傳遞給樁底持力層。橋臺僅起側面擋土作用，不承受上部荷載，因此僅有自重作用在堤岸上，故對堤岸穩定性的影響很小。

懸臂梁端與背墻間設置有單縫模數式伸縮縫，伸縮量為50mm，在設置伸縮縫處，人行道、人行欄桿與橋面鋪裝均要斷開。

4 上部結構計算分析

利用有限元分析軟件橋梁博士V3.3.0對單孔雙懸臂梁橋進行整體分析，本橋結構計算共劃分56個單元，其中橋面單元36個，全橋結構計算簡圖如圖4。

模型按照實際情況考慮了一期恒載、二期恒載、收縮徐變、溫度荷載、支座沉降和人群荷載等，汽車荷載按照單向三車道計算并考慮了沖擊系數。箱梁截面按照規范取截面有效翼緣寬度計算（見表 1）。

整體計算結果顯示，11m+36m+11m單孔雙懸臂預應力混凝土梁橋受力性能良好，應力處于較低水平，各階段受力滿足規范要求。

5 結語

在中小跨徑橋梁設計中，當橋梁的梁高受到其他因素的限制而不宜過高的時候，懸臂梁橋由于其自身的受力特點而具有優勢，因而在橋梁設計中應給與必要的重視。同時應該注意到，懸臂梁橋的懸臂端過長或者過短均會造成橋梁與道路銜接部位的構造容易損壞，因此懸臂梁橋較適用于設計行車速度相對不大的橋梁。在橋梁的設計中，還應該注重選取合理的橋梁跨徑組合，同時采取有效的措施來有效避免其與道路銜接部分的不良影響。

表1 11m+36m+11m單孔雙懸臂預應力混凝土梁橋計算結果

[1]《城市橋梁設計規范》（CJJ 11-2011）[S].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[2]《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2015）[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2015.

[3]《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004）[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2004.

[4]邵旭東，顧安邦，等.橋梁工程（第二版）[M].北京：人民交通出版社，2007：72～73.