特殊荷載橋梁設計體會——淺析錫林浩特特載跨線橋設計

徐 輝

（中國市政工程華北設計研究總院，天津 300074）

0 前言

隨著國家汽車產業的大力發展和國外汽車的大量引進，以及礦區對重型汽車的需求，礦山出口及礦山內部通行的卡車很少能滿足國家設計規范對軸重的限制，故不能套用《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2004）中提供的汽車荷載進行橋梁設計。礦區中的車輛荷載必須通過現場觀測得到，這些未知的不確定因素給橋梁設計者造成了不小的困難。筆者有幸參與了一些特殊荷載橋梁的設計工作，其中內蒙古錫林浩特跨越錫烏鐵路跨線橋為40 m簡支體系預應力T梁，為同類別橋梁中較大跨徑的橋梁。本文通過對錫林浩特跨越錫烏鐵路的特殊荷載跨線橋梁的設計分析，淺析一下對特殊荷載橋梁設計的體會。

1 橋梁荷載及跨徑選擇

設計初期，筆者對礦區內部的工作卡車進行了記錄和觀測，并對礦區遠期預采購的運輸卡車情況進行了記錄以獲得原始數據。根據設計合同要求，此橋設計基準期為100 a。根據《公路統一標準》，概率分布取用正態和極值I形兩種分布類型，荷載效應按照95%的分位點（風險率為5%）取值。根據原始數據以及設計概率分布分析得到設計荷載為120 t，汽車最終縱向軸重如圖1所示。

由于該橋跨越錫烏鐵路，以及未來礦區內部鐵路建設預留空間，最終該橋選擇了3×40m跨徑布置。

2 橋梁結構設計

2.1 橋梁結構選型

與常規橋梁不同，該橋梁結構設計具有其特殊性：首先其跨越鐵路，為不影響鐵路的運營且節省成本，該橋優先選用預制結構。橋梁設計中常用的預制梁有預制小箱梁及預制T梁兩種類型，設計時，筆者對兩種結構在特殊荷載作用下的特性進行了對比，具體對比如表1所列。

表1 兩種預制結構比較表

從表1中，可以得到，預制T梁相對小箱梁而言，起重重量輕，并且在活荷載占主導的橋梁設計中，受力相對明確，故最終確定采用預制T梁作為此橋的設計方案。

2.2 橋梁連續體系選擇

三跨預制T梁順橋向縱向連續體系有先簡支后連續、橋面連續及直接簡支梁采用伸縮縫連接三種形式，三種連接方式優缺點如表2所列。

鑒于該橋為特殊荷載設計橋梁，且由于若采用先簡支后連續體系，梁體本身不對支點產生負彎矩，支點區域的負彎矩僅僅由橋面鋪裝等產生，此彎矩相對于特載要小得多，配設負彎矩鋼束顯得不合適，故該橋不采用先簡支后連續橋面連續體系。從橋面連續體系橋梁長期運營情況來看，此類別橋梁易出現支點裂縫，長期運營狀態下，對墩柱耐久性不利。故該項設計選用簡支體系橋梁，梁端設置伸縮縫。此橋位于寒冷區，采用伸縮縫有利于橋上行駛的車輛減速慢行，能起到一定安全導向作用。

表2 橋梁連續結構形式選擇比較表

2.3 橋面翼緣板以及橫隔板設計

由于該橋設計荷載為特殊荷載，橋梁翼緣板沒有采用常規翼緣板設計，而是選擇了加厚為35 cm的鋼纖維橋面板以滿足結構抗剪及抗彎驗算。抗剪和抗彎驗算嚴格按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》4.1中對橋面板的設計要求進行設計。特別提出一點建議為邊梁翼緣板設計問題，邊梁的翼緣板最好采用兩側對稱設計。由于該橋為特殊荷載橋梁，設計中采用鋼束直徑較大，如果邊梁的翼緣板不對稱設計，則會造成截面橫向不對稱，極易在T梁這種橫向剛度較弱的結構中產生橫向側彎。

眾所周知，橫隔板位于跨中位置時受力最不利，以往設計T梁時，常按照《橋梁工程》教科書中提供的一些假設進行設計。這種設計方法按照所有橫隔板中最大受力橫隔板進行設計，并且所有的橫隔板采用相同的間距。此種設計方法往往浪費材料。筆者設計該超載橋梁時候利用T梁受力明確的特點，直接按照梁格進行建模，提取最不利內力，最后按照從跨中向端部采用由密到疏的原則配置橫隔板，其中跨中橫隔板間距為4 m,端部為6 m。

2.4 強度設計

鑒于該橋為特載橋梁，設計時候不采用橫向分布系數進行單梁計算而是直接采用整體模型進行計算，具體模型如圖2所示。

橋梁強度嚴格按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》進行設計，唯一要提到的一點是：由于該橋采用的預應力鋼束相對直徑較大，且活荷載所占比重較大，在無活荷載情況下，由于預應力產生的反向剪力較大，和常規橋梁不大一樣，設計時應給予充分的重視。

3 總結

（1）特殊設計橋梁使用的荷載需根據實地觀測并按照概率分位點選取，在此基礎上，橋梁設計人員還應兼顧遠期的規劃以確定最合適經濟的荷載。

（2）當特殊橋梁設計采用預制結構時，建議采用受力明確的T梁進行設計，并采用同樣受力明確的簡支結構進行設計。橋梁受力分析可不采用先計算橫向分布系數，后計算單梁的方法，而是直接按照梁格法建模，直接確定荷載。

（3）橫隔板及橋面板設計應根據實際情況選取。橫隔板選取建議采用中間密兩端疏的結構，橋面板混凝土最好采用耐磨性相對較好的鋼纖維或者聚丙烯混凝土。

[1]JTGD60-2004，公路橋涵設計通用規范[S].

[2]JTGD62-2004,公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

[3]張宏斌.特載橋梁的主梁承載能力設計及試驗研究[J].北方交通,2010,（12）.

[4]康莉,劉旭鍇.南疆復線公路橋主橋箱梁懸澆設計與施工[J].城市道橋與防洪,2011,（8）.