混凝土橋梁類型選取及其斷面設計要點

宋文蕊

（衡水市公路勘測設計所，河北 衡水053000）

0 引言

鋼筋混凝土橋梁是公路橋梁建設應用較為廣泛的結構類型之一，無論是公路、鐵路還是城市橋梁，絕大部分為鋼筋混凝土橋。因此，合理地設計混凝土橋梁的斷面及其類型也成了橋梁設計的關鍵。

1 混凝土橋梁斷面設計

1.1 混凝土橋梁縱斷面設計

混凝土橋梁縱斷面設計又稱橋孔設計，主要包括橋孔長度、橋孔布設、橋面高程的確定，以及墩臺基礎沖刷計算與最小埋量埋深、橋頭引道設計等。橋孔長度設計的目的是在保證橋梁安全營運情況下，順暢渲泄洪水（包括設計洪水）的水流和泥砂，避免河床產生不利變形?；炷翗蛄旱难莺閮艨讖皆O計得過小，將使洪水不能全部從橋下通過，從而抬高了橋前的壅水高度，加大了橋下的水流速度，對河床和河岸產生沖刷，甚至引起墩臺失穩、路堤決口等重大事故。工程實踐效果表明，對于橋梁的分孔應考慮較多因素。如果橋梁分孔過多，雖然橋跨結構路徑小且相對經濟，但橋墩數目的增多，可能使綜合造價增大。反之，分孔過少，墩臺的造價可能降低，但橋梁結構因跨徑增大，造價也隨之提高。最經濟的路徑就是使上部結構和下部結構的總造價最低。顯然，對于橋墩較高或地質不良的情況，適宜選取跨徑較大的橋梁；反之，當混凝土橋墩較矮或地質較好時則適宜選取跨徑較小的橋梁，但也應當選取標準跨徑。

在實際設計中，要對不同跨徑布置加以比較分析，從而選取更為經濟合理的跨徑及孔數。結合實踐經驗，筆者總結出橋孔布設時應考慮以下原則：

（1）應當結合河床變形和流量不均勻分布的影響，即橋孔布設應與天然河流斷面流量分配相適應；

（2）對于通航和筏運的河段，應充分考慮河床渲變所引起的航道變化，將通航孔布設在穩定的航道上，必要時可預留通航孔；

（3）在主流深泓線上不建議布設高橋墩，在斷層、陷穴等不良地質段更不宜布設墩臺；

（4）在有流冰、流木的河段上，可適當加大橋孔，而且必要時可考慮在墩臺上設置破冰體。

1.2 橋面高程的確定

混凝土橋面高程實際上控制著橋梁的高度，應結合橋下的設計水位、是否為道航、橋型以及橋梁所在道路的斷面設計來確定。無論是鋼筋混凝土還是預應力混凝土裝配式板橋，混凝土橋梁跨徑越大，實心矩形截面就顯得越不合理。為此，應適當對截面中間部分進行挖空而形成空心板，因為空心板不僅有助于減輕自重，同時還可以有效地利用材料?？招陌宓拈_孔型式如圖1 所示，其中（a）型和（b）型為單孔，挖空率大、重量輕，但頂板需配置橫向受力鋼筋承擔荷載的作用，且（a）型頂部略呈拱形，雖可節省一些鋼筋，但模板較復雜；（c）型和（d）型為雙圓孔形，其中（c）型為雙圓孔，施工時可用無縫鋼管（或充氣囊）作芯模，但挖空率小，自重較重。

圖1 空心板截面形式

對于標準跨徑為13m的先張法預應力混凝土空心板橋構造，原規范荷載等級為汽車—20 級，掛車—100；橋面凈空為凈—7m+2×0.25m 的安全帶，總寬為8m，由8 塊寬99cm 的空心扳組成，板與板之間的間隙為1cm；板全長12.96m，計算跨徑126m，板厚60cm。

混凝土橋面中心標高確定后，可根據兩端橋頭的地形和線路要求來設計橋梁縱斷面及橋面線型：一般的小橋，通常做成平坡橋；對于大、中橋，常常把橋面做成從橋中央向橋頭端縱坡為1%~2%的雙坡面，尤其是應通航要求橋面標高較高情況，為了縮短引橋和降低橋頭引道路堤的高度，更有必要采用雙向傾斜的縱向坡度；對于大中橋橋上的縱坡不宜大于4%，橋頭引道不宜大于5%，位于市混合交通繁忙處，橋上縱坡和橋頭引道縱坡均不得大于3%。

1.3 橋梁橫斷面設計

混凝土橋梁橫斷面設計，主要是確定橋面寬度、與此相適應的橋跨結構寬度與橫斷面的布置。為了保證車輛和行人的安全通過，應在橋面以上垂直于行車方向保留—定界限的空間，這個空間為橋面凈空。

2 橋梁選型設計

混凝土橋梁的構造類型決定其獨特的受力特點及其應用，下面結合具體實踐，對受力不同的簡支梁橋、連續梁橋、懸臂梁橋進行簡要分析。

（1）簡支梁橋

簡支梁屬于靜定結構且相鄰橋孔各自單獨受力，故結構內力不受墩臺基礎不均勻沉降影響，從而能適應于地基土較差的橋位。簡支梁主要受其跨中正彎矩的控制，當橋梁跨徑增大時，梁的跨中截面恒荷載彎矩和車輛荷載等作用產生的彎矩將會顯著增大。恒荷載彎矩所占的比例較大時(混凝土橋梁的跨徑增大)，梁能承受的活荷載能力就減小。顯然對于采用鋼筋混凝土簡支梁的橋梁來說，其常用跨徑應控制在20m以下。當采用預應力混凝土簡支板時，常用跨根適宜控制在13~16m。對于采用預應力混凝土簡支梁的，則跨徑適宜控制在25~50m。

（2）連續梁橋

連續梁橋是采用連續梁作為橋跨結構承重構件的梁式橋。連續梁在豎向力的作用下支點截面會產生負彎矩，從而可有效地減小梁跨中截面的正彎距，正因為這一受力特點可顯著地減小梁跨中的建筑高度、節省混凝土數量，工程實踐表明這種類型的橋梁跨徑越大，節省效果越明顯。連續梁作為超靜定結構，當一個支點不均勻沉降時，就會使各跨產生附加內力，所以對這種類型的橋梁墩臺要求嚴格。從當前的應用效果來看，鋼筋混凝土連續梁的主孔跨度適宜用于30m 以下，預應力混凝土連續梁的主孔常用范圍則適用于40~160m。

（3）懸臂梁橋

將簡支梁梁體加長，并越過支點就成為懸臂梁。如果僅僅橋梁的一端懸臂則為單懸臂梁，兩端懸臂則為雙懸臂梁。對于較長的橋可以借助簡支掛梁與懸臂梁一起組成多孔橋。在受力方面，懸臂部分使支點上產生負彎矩，減少跨中的正彎矩。顯然對于相同的跨徑，懸臂梁跨中高度可比簡支梁小。懸臂梁屬靜定結構，墩臺的不均勻沉降并不會引起橋梁的附加應力。帶掛梁的懸臂梁，掛梁與懸臂連接處的構造比較復雜，撓度曲線在這個連接處有折點，從而會加大汽車荷載的沖擊作用，因此容易出現損壞。

通過對以上幾種受力不同類型的混凝土橋梁分析，在墩臺上必須設置專門的傳力和支承部件即支座。在實際工程設計中，對于混凝土梁式橋梁還有T形剛構橋和連續剛構橋。T形剛構橋是—種具有懸臂受力特點的梁式橋，它是從橋墩上伸出總臂段，形同“T”字，在橋跨中部以及簡支掛梁組成的受力結構。對于帶掛梁的T形剛構橋是靜定結構。預應力混凝土T形剛構的主孔常用跨徑在60～200m 范圍。連續剛構橋綜合了連續梁和T 形剛構的特點，通過把主梁做成連續梁與薄壁橋墩固結。鑒于薄壁橋墩作為一種柔性橋墩，在豎向荷載作用下，連續剛構橋基本上是無推力的受力體系，而梁具有連續梁的受力特點。預應力混凝土連續剛構橋的主孔路徑已達到270m。T 形剛構和連續剛構橋的主梁與橋墩均為固結，是不在墩上設支座的梁式橋。

3 橋梁支座設置

鋼筋混凝土和預應力混凝土梁式橋在橋跨結構和墩臺之間均須設置支座，用于傳遞上部結構的支承反力，包括恒荷載和活荷載引起的豎向力和水平。通過支座設置可有效地確保橋梁結構在活荷載、溫度變化、混凝土收縮和徐變等作用下實現自由變形，以使上、下部結構的實際受力情況符合結構的計算圖式。梁式橋的支座一般分固定支座和活動支座兩種。固定支座既要固定主梁在墩臺上的位置并傳遞豎向壓力和水平力，又要保證主梁發生撓曲時在支承處能自由轉動?；顒又ё粋鬟f豎向壓力，但它要保證主梁在支承處既能自由轉動又能水平移動。

按照各種類型橋梁的計算圖式，簡支梁橋應在每跨的主梁端設置固定支座，另一端設置活動支座。懸臂梁橋的梁錨固端也應在一側設置固定支座，另一側設置活動支座。多孔懸臂梁橋掛梁的支座布置與簡支梁相同。連續梁橋應在每聯主梁中的一個橋墩（或橋臺）上設活動支座，其余墩臺上均應設活動支座。此外，懸臂梁橋和連續梁橋在某些特殊情況下梁的支座需要傳遞豎向拉力時，應設置同時能承受拉力的支座。

4 結語

工程實踐經驗表明，橋梁跨徑布置、斷面設計、結構選型等都是橋梁設計的關鍵環節。橋長及跨徑布置應滿足水文計算要求所確定的橋長，盡量不壓縮河床斷面，以保證滿足泄洪、排澇的需要。另外，應當結合橋梁跨度等因素綜合選取橋梁類型。

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