中小跨徑斜彎橋梁的設計

劉天亮

(山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030000)

在橋梁工程建設中，經常由于橋梁所在位置地形因素的影響和限制，或為滿足高等級公路建設的線形提出的要求而需要把橋梁做成斜交的形式。對于斜交橋，其軸線和支承線垂線有一定夾角，這一夾角即為斜交角。這種橋梁是常見的立交橋結構之一，雖然能對線形予以改善，但因為彎扭作用，其受力狀態十分復雜。基于此，在實際的設計工作中，必須引起相關人員的高度重視，根據工程的具體情況，選擇適宜的布設方式，并做好抗震設計，加強對抗震設計的分析與研究。

1 一般布設

對于彎道上的斜交橋，在設計過程中，首先要使橋梁結構盡可能簡單，減少構件類型的數量，并使尺寸達到統一，為后續的機械化生產及現場裝配提供便利，降低施工難度，同時橋型的布置要和路線線形達到協調統一，盡可能減少偏差，最后要注意經濟性、適用性與美觀性，并和周圍的自然環境良好協調。

當橋梁的孔數是1～2個時，通常對墩臺進行平行布置，對上部所有預制構件實施平行布置，這樣能使同一個孔的所有上部預制構件都保持相同的尺寸，減少模板的配置數量，為施工提供便利。如果橋梁處在曲線半徑相對較小的彎道，當采用平行布置方式時，會產生一定的偏差，在這種情況下，需對墩臺按照折線形進行平行布置。如果前后橋臺軸線和路線之間的斜交角存在差別，則構造尺寸與斜角也會不同，使柱距、墩臺尺寸及支座的位置都存在差別，增加實際的設計難度，對施工也會造成很大的影響。

當橋梁的孔數超過3個時，通常對墩臺實施法向布置，對上部預制構件進行徑向布置，也就是梁板軸線端部設置在同一半徑，孔中各梁板的實際布置不平行，需要根據鉸縫的寬度來調整，其主要優勢為下部構造的實際尺寸達到統一，柱距、橋墩帽梁的尺寸及支座所在位置都相同，在孔數相對較多的情況下，可采用法向布置的方法，這樣能為設計和施工都帶來很大的便利。

對分離式斜交橋進行設計時，需對墩臺實施分別設計，尤其是在斜交角相對較大和曲線半徑較小的情況中，由于墩臺尺寸有很大差別，所以只能采用不同參數來計算相關參數，進而推導確定出斜交角，做好簡化設計，減小墩臺布設過程中產生的誤差，盡可能與路線的線形相接近，斜交橋計算如圖1所示。

圖1 斜交橋計算

2 特殊布設

2.1 錯臺布設

該布設方法主要在分離式斜交橋中使用，當從河道上跨越，對通航有一定要求時，也可采用這一布設方法。以某高速公路工程的橋梁為例，其橫斷面是典型的分離式結構，整體處在半徑為1 600 m的曲線上，該橋梁從寬度為20 m的河道上跨越，河流和路線之間的交角為150°。該橋梁的上部結構為預制空心板，共7孔，每孔20 m，基礎為鉆孔灌注樁，若按照河流方向對橋墩和橋臺進行布置，則可達到預期的通航要求，但會產生30°的構造，對結構的受力十分不利，很難保證質量，同時也無法滿足規范的要求。基于此，通過多方案的對比，將墩臺按照135°的交角進行布置，同時對左右幅橋進行錯臺布置，以此實現對構件實際受力條件的有效改善，而且這樣也能滿足通航與在河岸上進行機耕路設備的基本要求。

2.2 設置過渡孔

該方法可在從河道上斜跨與從交通道路上正跨的橋梁。以某高速公路工程橋梁為例，整體處在半徑為1 600 m的曲線上，并需要從寬度為73 m左右的河流上跨越，設計要求布置很多機耕路與通道，路線走向和河流之間的交角為120°。該橋梁的上部結構為預制空心板，前7個橋孔按照110°的角度斜交布置，第9到最后一個橋孔采用正交布置的方式，第8個橋孔是過渡孔，通過異形板進行過渡，橋梁基礎為鉆孔灌注樁，這種布置方法重點考慮的是旱橋的長度相對較大，只在從河流上跨越的地方進行斜交布置，能在保證工程質量的基礎上，減少工程成本，保證橋梁工程的經濟性，另外，還能很好的滿足通航及機耕路設置基本要求。

2.3 正交布置

該方法可在路線和河流之間的交角超過150°，同時對通航沒有要求的橋梁中使用。以高速公路工程某橋梁為例，該橋梁需要從寬度為25 m左右的橋梁上跨越，路線和河流之間的交角可以達到150°以上，左幅橋上部結構采用空心板，共4孔，按150°的角度進行斜交，下部結構采用柱式墩；設計對橋梁的右幅進行加寬處理，若按照左幅橋的形式進行布置設計，則斜交的角度將很大，對結構受力與施工不利，基于此，在設計過程中應進行細致且深入的分析，由于該橋梁跨越的河道無通航要求，對于其上部結構，在改造過程中，進行正交布置，而下部結構也為柱式墩，基礎采用鉆孔灌注樁，通過嚴格的設計控制，使右幅橋墩柱所在位置和左幅橋墩柱在水流方向上保持一致，防止上部結構和下部結構產生銳角的構造，保證結構整體性能，為施工提供便利，達到預期的工程質量要求，另外這樣還能減少下部結構施工數量，保證工程整體經濟性。

3 抗震設計

在中小跨徑斜交橋的抗震設計過程中，應注意以下幾個要點：

(1)受地震作用后，斜交橋產生的地震響應會比正交橋梁更加嚴重，造成的損壞也比較嚴重，在不同的破壞形式當中，碰撞破壞為常見類型，根據對歷次震害的了解與統計也進一步印證了此點。

(2)對于斜交橋梁碰撞模型，可采用多種創建方式，由于不同方法有不同的優缺點，所以國內外相關學者對模型實施了改進，使經改進的模型有良好精度與適用性。

(3)受地震作用后，斜交橋上的主梁和橋臺之間發生縱向碰撞是使梁體產生向內側轉動的直接原因，并且橫向碰撞現象也會對橋梁結構地震響應造成很大的影響，不可忽略，橋臺和梁體之間的初始間隙及梁體和擋塊之間的初始間隙是對碰撞有直接影響的關鍵參數，在實際中必須引起高度重視。

(4)在設計中通過對限位措施的使用能有效限制梁體發生位移與轉動，這對避免梁體的落梁是十分有利的，在實際的設計工作中，橫向擋塊為最常用限位措施。

(5)對斜交橋實施地震響應的分析和研究具有十分重要的意義，并且對擋塊設計與伸縮縫設計等進行專業且規范的分析，能很好的滿足抗震設計相關要求。

(6)目前，對墩臺發生的彈塑性變形、碰撞產生位置與變化、碰撞變形及臺后填土影響進行的研究還比較少，應建立考慮不同影響因素的模型來分析，以此確定有效的抗震措施。

(7)對于斜交橋進行的地震響應，現在主要集中于連續與簡支的斜交梁橋，對剛構橋進行的抗震分析還有待于進一步深度和加強。

(8)對于斜交橋中使用的限位措施，其研究現在還比較少，仍處在起步的節段，還有許多問題需要解決，這在設計中需要引起高度重視。

4 結束語

對中小跨徑的斜交橋進行設計時，需要以橋梁所在具體位置為依據，結合路線的線形、具體交角、河流狀況與總體的設計要求進行綜合考慮，實施細致且深入的分析研究，并通過多方案綜合對比，確定適宜的橋型，保證橋梁設計的合理性，滿足相關技術規范提出的要求，保證施工的便利性、結構耐久性和適用性，以及整體美觀性。