常用跨徑橋梁上部結構優化設計研究

趙家徐

【摘要】隨著交通事業發展，社會環保意識增強，人們審美標準提高，這對橋梁設計提出了更高要求。在常用跨徑橋梁上部結構設計中，應將理論與項目實際相結合，綜合考慮橋梁設計、施工、造價和景觀等方面，通過對各個階段分析與把控，選擇和優化橋梁方案與構造。結合安徽地區實際情況，從上部結構類型分析、選擇和優化等方面闡述與分析，為橋梁設計者提供一點借鑒和幫助。

【關鍵詞】常用跨徑;橋梁;上部結構;優化設計

在實際項目工作中，我們遇到大多數橋梁為常規跨徑橋梁，根據《公路橋涵設計通用規范JTG D60-2015》規定：“對于橋梁跨徑在50m及以下時，宜采用標準化跨徑，采用標準化跨徑的橋梁宜采用裝配式結構。”這要求沒有特殊限制因素時，對于常用跨徑橋梁上部結構設計宜盡量采用標準化跨徑。因此，對于常用跨徑橋梁，上部結構類型分析、選擇和優化設計顯得尤為重要。結合安徽地區實際工程選取情況和設計經驗，擬對上部結構類型進行分析、選擇和優化設計。

1、常用跨徑橋梁上部結構類型分析與選擇

1.1上部結構跨徑：6m、8m和10m

對于跨徑≤10m的橋梁，一般可采用現澆空心板或實心板結構、預制空心板結構。預制空心板因抗彎能力不足、鉸縫質量不易控制、耐久性差等問題，在道路等級較高、交通量較大和荷載較大路段不建議采用，根據安徽省地方規范和設計經驗，在條件和環境滿足的情況下，公路橋梁設計常采用現澆空心板或實心板結構，已逐步取代預制空心板結構。對于城市橋梁，由于小型車輛較多，重載車輛相對較少，鉸縫病害相對較輕，部分橋梁仍采用預制空心板結構。

1.2上部結構跨徑：13m、16m和20m

對于10m<跨徑≤20m的橋梁，一般可采用預制T梁、預制空心板和預制小箱梁等結構。在安徽省內常用的簡支T梁結構，梁高相對部頒T梁較低，主梁間距較小，但抗彎能力部頒T梁較好。因此，對于20m跨徑，需根據道路等級、荷載等級、交通量情況、橋下凈空限制條件和社會經濟因素綜合考慮，若橋下凈空受限，無重載交通，可采用省內常用的簡支T梁結構;若橋下凈空不受限，荷載等級較大，可采用部頒T梁結構。預制空心板因自身問題已較少采用。若此范圍內跨徑橋梁景觀要求較高時，也可采用預制小箱梁和現澆箱梁等結構。

1.3上部結構跨徑：25m、30m和35m

對于20m<跨徑≤35m的橋梁，一般可采用預制小箱梁、預制T梁和現澆箱梁等結構。從設計、施工、造價和美觀上對小箱梁和T梁優缺點分析與比較：

從設計角度選擇：小箱梁相對于T梁，梁高相對較低，整體性更好，抗扭剛度大，橋梁耐久性好。但T梁梁高相對較高，主梁、橫梁數量較多，T梁抗彎剛度大。從受力角度上講，小箱梁結構比T梁結構更好。

根據施工條件選用：一般山區預制T梁采用較多，相應吊裝設備要求較低，預制小箱梁平原地區采用較多，相應吊裝設備要求較高。另外小箱梁施工工藝較為復雜，T梁預制、脫模、吊裝較小箱梁方便，但T梁腹板較薄，施工質量不易控制，吊梁穩定性較差。T梁濕接縫寬度較小，較為浪費，給鋼筋焊接、綁扎施工造成不便。

從經濟性上比較，兩者相差不大，小箱梁略高。

從美觀上看，小箱梁結構簡潔、輕盈，線條流暢，行車舒適，T梁美觀性不及小箱梁，因此T梁多用于對美觀要求不高的橋梁，如各等級公路上的橋梁，對凈空、美觀有一定要求時可選用小箱梁。

結論：在省內實際項目設計過程中，預制小箱梁和部頒T梁均有采用，設計時可根據具體項目特點和要求進行選擇，通常沒有條件限制情況下，建議優先采用受力性能更好的預制小箱梁結構。對于部分景觀要求更高、條件受限的橋梁，也可采用現澆箱梁結構。

1.4上部結構跨徑：40m

對于35m<跨徑≤40m的橋梁，預制小箱梁相對于部頒T梁優勢不明顯，反而由于每片小箱梁自重加大，加大了預制小箱梁施工吊裝難度和風險。此時因為梁高的原因，部頒T梁I值較小箱梁明顯增大，T梁的優勢就比較明顯了，采用T梁比小箱梁好。因此無特殊要求情況下，一般建議采用部頒T梁結構。

對于部分景觀要求高、條件受限的橋梁，也可采用現澆箱梁或變截面連續箱梁結構。

2、常用跨徑橋梁上部結構優化設計

2.1主梁間距與片數

主要針對安徽省內常用T梁、部頒T梁、預制小箱梁結構，設計時需考慮主梁的間距和片數，對全寬12m橋梁進行舉例分析。如下表：

2.2主梁截面尺寸

主要針對2.1條三種結構類型的梁高、頂底板寬度、梁肋尺寸。

對于省內常用的T梁，中梁頂板寬100cm，邊梁頂板寬105cm，梁肋30～40cm。梁高：85cm（13m跨徑）、95cm（16m跨徑）、110cm（20m跨徑）。

對于部頒T梁，中梁頂板寬度170cm，邊梁頂板寬度185～205cm，梁肋44～60cm。梁高：150cm（20m跨徑）、170cm（25m跨徑）、200cm（30m跨徑）、230cm（35m跨徑）、250cm（40m跨徑）。

對于預制小箱梁，中梁頂板寬度240cm，邊梁頂板寬度285cm，底板寬度100cm。梁高：120cm（20m跨徑）、140cm（25m跨徑）、160cm（30m跨徑）、180cm（35m跨徑）。

2.3現澆濕接縫寬度的確定

對于省內常用T梁：濕接縫寬一般為40～60cm;對于部頒T梁：濕接縫寬一般為40～70cm;對于預制小箱梁：濕接縫寬一般為40～100cm，最大寬度一般小于100cm。從經濟性和方便施工考慮，濕接縫寬度不應過小，寬度超過限值時須進行結構計算。

2.4橫隔梁的設置

對于省內常用T梁：每跨梁端設置1道端橫隔梁，每跨跨中設置1道中橫隔梁。對于部頒T梁：每跨梁端設置一道端橫隔梁，中橫隔梁設置道數根據T梁跨徑確定，例如，跨徑20m：2道，跨徑25m～35m：3道，跨徑40m：5道。先簡支后結構連續時，連續墩處增設一道現澆中橫梁。

對于預制小箱梁：簡支結構時：每跨梁端設置一道端橫隔梁，中橫隔板設置道數根據小箱梁跨徑確定，相關研究表明，30m以下跨徑可不設置中橫隔板，30m和35m跨徑可設置1道中橫隔板。先簡支后結構連續時，連續墩處設置一道現澆中橫梁。中橫隔板和端橫隔梁設置原則與簡支結構相同。

3、常用跨徑橋梁其他上部結構類型

3.1預應力混凝土現澆箱梁結構

實際工程上常見的現澆預應力混凝土箱梁結構，從16～50m跨徑均可采用。常用于市政高架橋、匝道橋、部分公路橋梁。

3.2鋼箱梁結構

適合上跨重要道路，無法中斷交通，不便于滿堂支架現澆的橋梁，從16～50m跨徑均可采用。常用于上跨交通量較大的被交道路市政橋梁。

3.3預應力混凝土現澆箱梁與鋼箱梁優缺點分析比較

3.3.1適用范圍

對于現澆箱梁，綜合性能較好，費用較低，適用面廣;交通樞紐處、造型復雜、主線與匝道層疊過多處施工難度較大。對于鋼箱梁，一般適用于不便于斷行封閉的交通樞紐處，適用于造型復雜、主線與匝道層疊過多處。

3.3.2材質方面

對于現澆箱梁，與鋼箱梁相比整體耐火性、耐腐蝕性較好，但自重較大。對于鋼箱梁，由于采用鋼材承重，與混凝土箱梁相比自重較輕，但整體耐火性、耐腐蝕性較差。

3.3.3經濟方面

對于現澆箱梁，建安費約0.6～0.75萬元/m2，造價較低;施工時人工費較高。對于鋼箱梁，建安費約1.1萬元/m2，造價較高;施工工藝較高，使用數控機械較多，人工費較低。

3.3.4施工工期

對于現澆箱梁，連續聯可以同時施工，施工連續性較好。需要搭設支架、綁扎鋼筋、澆筑、張拉，施工期較長，一般為90天。對于鋼箱梁，在工廠加工制造，不占用時間，現場吊裝涂裝一般為45天，工期較快。不適合連續聯同時施工。

3.3.5景觀及后期維護

對于現澆箱梁，使用清水混凝土施工，外觀較好，持久性好。一般維護周期長，費用較低。若需維護，難度較大。對于鋼箱梁，全部使用涂裝，觀感非常好，運行后涂裝層需要定期維護，維護周期短，費用較高。

4、常用跨徑橋梁上部結構設計研究

4.1橋梁高跨比的選擇

合適的高跨比對橋梁外形和造價均有一定影響，一般對于較大跨徑橋梁，平均墩高為0.7～1.0倍跨徑長度，對于較小跨徑橋梁，橋梁平均墩高為0.7～1.3倍橋梁跨徑長度。

4.2橋梁邊跨比的選擇

對于采用連續體系的多孔橋梁，應從結構受力特性考慮，使邊孔和中孔跨中彎矩與支點處負彎矩接近相等，合理地確定橋梁邊跨比。

4.3橫隔板個數選擇

對于部頒T梁，橫隔板保證各根主梁相互連成整體，其剛度愈大，整體性愈好。對于小箱梁，設置中橫隔板增加截面橫向剛度，限制畸變變形，支承處橫隔板能承受和分布較大支承反力。橫隔板個數選擇詳見上文“2.4橫隔梁的設置”。

結語：

綜上所述，常用跨徑橋梁上部結構類型分析、選擇和優化是橋梁設計中重要環節。結合安徽地區實際工程選取情況、規范要求及項目設計經驗，選擇最優化的上部結構方案既保證橋梁整體承載能力，又提高橋梁的使用性能、穩定性和美觀性，且節約工程造價，對于橋梁設計有一定借鑒和參考意義，對于橋梁事業發展也有積極促進作用。

參考文獻：

[1]邵旭東.橋梁工程（第二版）[M].人民交通出版社，2007.

[2]部頒標準《公路橋涵設計通用規范JTGD60-2015》

[3]邵旭東.橋梁設計百問（第三版）[M].人民交通出版社，2017.

[4]鄧國強.常用跨徑橋梁上部結構優化設計研究[J].工程技術，2017（03）.