对标准化装配式桥梁设计的一点探讨

2022-09-12

随着我国经济建设的发展, 特别是在公路网高度发达的城市, 在公路上建造环城高速公路已越来越多, 且桥梁所占比重大, 但一般来讲, 大跨径桥梁方案毕竟是少数, 绝大部分还是采用施工方便、造价经济的标准化、预制装配式结构。大跨径桥梁一般是控制因素不同, 方案也各不相同, 具有较强的个性特征, 而标准跨径桥则更多的是具有共性特征, 所以本文重点探讨标准化、装配式桥梁的设计。

1 上部构造设计

(1) 跨径与墩高的关系:跨径与墩高的关系按桥梁美学原则, 一般应选择比值为0.6 1 8~1之间, 通过经济比较, 往往又是经济的, 也就是说2 0 m跨径T梁适应的墩高一般为12m~20m, 30m跨径适应的墩高一般为18m~30m, 40m跨径适应的墩高一般为2 4 m~4 0 m。无论是山区公路地形起伏变化频繁, 还是平原微丘区公路, 通常应根据地形选择一种跨径, 不宜根据墩高频繁变化跨径, 墩柱高度变化很大时, 可以采用20m与30m或者30m与40m的组合跨径。当一座桥梁, 有几种跨径方案可选择时, 应结合上下构做造价分析比较再做选择。 (2) 上部构造 (板或梁) 与平面曲线半径的关系:桥位处平面曲线半径对桥梁跨径的选择及平面布置影响较大, 主要表现为两个方面, 第一是内外弧差, 第二是中矢高。墩台径向布置时, 由于曲率半径的影响, 内外梁梁长不等, 半径越小, 内外梁梁长差越大。解决此问题一般两种途径, 一种是根据平面半径变化梁长, 另一种是不变梁长通过加大帽梁, 加大封锚端或加长现浇连续段处理。第一种方法变化梁长, 设计简单, 帽梁尺寸较小、规格统一, 但一个标段, 如果有几座桥处于不同的曲线半径上时, 预制梁长度种类就较多, 频繁调整模板虽不算很难, 但每片梁都需要编号, 堆放预制梁需要很大场地, 这对于平原地区, 尚可接受, 而对“地无百米平”的山区确实是难以解决的问题, 因此一般不采用变梁长方案。采用等梁长方案时, 如果半径较大, 内外梁梁长差不大, 可以采用内弧长等于标准跨径布置, 如果半径较小, 可以采用半幅桥中线弧长等于标准跨径布置, 这样连续段长度一端比标准长度增加, 一端减小。内外弧差的问题解决后, 还有中矢高的问题, 一般中矢高10cm以内, 可以通过调整护墙内缘使之适应平面线形;半径较小, 中矢高大于10cm时, 由于护墙一般为50cm宽, 护墙调整太大外观不美, 护墙功能亦削减。此时亦有两种解决办法, 一种是预制梁外缘按实际曲线预制, 另一种是预制T梁边梁时, 将边梁多预制一段长度, 让现浇桥面板和护墙来适应平面线形。边梁按实际曲线预制时, 边梁翼缘板由于两侧不等宽, 刚度不等, 施加预应力时可能出现侧向翘曲, 且不同半径外边梁形状不一样, 种类多施工较麻烦。第二种办法虽然材料稍有浪费, 美观性稍差, 仍优于前一种。

2 桥梁下部构造设计

(1) 矮墩:高度较矮的桥墩 (h<4 0 m) 多采用柱式墩, Y型薄壁墩, 其中又以柱式墩最常用。柱式墩分圆柱和方柱。圆柱施工中外观质量易控制, 且与桩基衔接方便, 平原地区用的较多。但从美观上来说, 方柱有棱有角, 与上构梁体协调, 有一定的视线诱导性, 较美观。从受力上看, 截面积相等的方柱和圆柱, 方柱抗弯刚度大于圆柱, 受力优于圆柱, 当体系为连续刚构时, 方柱可以方便地通过调整两个方向的尺寸来调整墩柱的刚度, 从而达到调整墩柱受力的目的。圆柱为各向同性, 调整起来效果差一些。方柱的缺点是墩柱与桩基之间需通过桩帽连接, 增加了工程数量, 设计中应根据地形、上构结构形式、墩高综合考虑选用方柱或是圆柱。Y型墩薄壁是独柱双支座的一种墩型, 美观性较好, 但施工稍显复杂。墩高较矮时, 其施工既复杂又不美观所以少采用。当墩高较高时Y型薄壁墩施工只需一套模板, 只需搭一个支架, 对于地面横坡较陡, 搭支架困难, 模板需求量大的山区桥梁, Y型薄壁墩具有显著的优势。从预算定额中也可以看出, 同高度的柱式墩与Y型薄壁墩相比, Y型薄壁墩的基价低。 (2) 高墩:一般矮桥墩的设计由强度控制, 但当墩高较高时, 就必须得考虑桥墩的稳定问题。《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 (JTGD62—2004) 关于偏心受压柱条文说明5.3.10条指出, “当l0/h>30时, 构件已由材料破坏变为失稳破坏。”l0为受压柱的有效长度, 在0.5) 2倍墩高之间变化, 究竟取值多少, 与施工状态、上构重量、上构和墩柱的连接方式即墩柱的支承刚度有关。大量的计算实验表明对于先简支后刚构 (墩顶与上构为钢板焊接) 和先简支后连续 (墩顶与上构为橡胶支座连接) 的多跨T梁桥来说, 墩柱的有效长度l0=1.2l~1.43l, l为墩柱高度, 当l=40m且采用矩形截面时, h≥1.2) 1.4 3×4 0/30=1.6) 1.907m, h=50m时h≥2) 2.383m, 当墩厚大于2 m时, 实心矩形截面经济性降低, 所以可以得出一个结论:墩柱为材料破坏时, 采用实心矩形截面, 其高度不宜超过5 0 m。当墩高大于50m时, 宜采用空心薄壁墩截面。采用空心薄壁墩, 墩高超过6 5 m左右时顺桥向应考虑放坡, 因为采用等宽尺寸时施工虽然方便, 但为了保证桥墩的稳定, 墩柱和帽梁必将尺寸加大很多, 这样材料会浪费较大。 (3) 桥台:桥台是两端桥头的支承结构物, 它是路桥衔接构造物。它既要承受支座传递来的竖直力和水平力, 还要承受台后填土及填土上荷载产生的侧向土压力。因此桥台必须有足够的强度, 并能避免在荷载作用下发生过大的水平位移、转动和沉降, 这在超静定结构桥梁中尤为重要。 (4) 基础:桥梁下部结构与地基接触的部分称为基础, 一般有: (1) 端承桩, 结构力通过桩基直接传递到持力层 (岩层) , 适用于地面以下一定深度有坚硬岩层的地质条件。 (2) 摩擦桩, 结构力通过桩身与土层的摩擦作用传递给土体, 适用于结构自重较轻, 受力较小的建筑。 (3) 扩大基础:比桩基与土体的接触面积更大, 所以单位面积对土体的作用力较小, 对土层强度要求低, 埋深较浅。适用于岩层埋深非常深或则非常浅的地质条件。具体使用状况应根据当地地质条件, 工程造价, 来选择最合适的桩方式。

3 综合

随着城市化的发展越来越深入, 以后城市周边道路网会不断完善, 其桥梁建设也会越来越多, 标准化、装配式的简支梁桥的应用也会更多。设计者要善于结合工程实际分析问题、解决问题, 并坚持在工程设计中推陈出新, 以不断提高上下部结构的设计质量及其使用效果, 并使桥梁结构设计最大限度的达到“安全、适用、经济、美观并有利于环保”的目标。

摘要：随着我国经济建设的发展, 特别是在公路网高度发达的城市, 在公路上建造环城高速公路已越来越多, 且桥梁所占比重大本文重点探讨标准化、装配式桥梁的设计。

关键词：上部构造设计,矮墩,高墩,路幅,桥台,基础