常規斜交橋梁總體布置方案研究

韓 鋒，楊 華

（1.山西省交通科學研究院，山西 太原 030006；2.山西工商學院，山西 太原 030006）

0 引言

隨著國家公路網的密集化，對公路行業的設計要求在不斷提高，擬建公路上跨被交路，與被交路正交或斜交的情況時有發生[1]。常規的簡支梁、連續梁與被交道路完全正交的情況已不能滿足實際需要。當橋梁跨越各種斜交角度構造物必須斜置時，全橋采用同角度斜置布置不盡合理，當斜交角度較大時，結構整體性亂、美感不強，而采用加大跨徑正交方式跨越往往也存在諸多不足[2]。受橋位處與被交路斜交，并考慮相鄰聯跨布設影響，采用斜向布設轉為正交布設這種斜轉正形式備受青睞。本文以一座上部構造包含斜交跨連續梁、斜交轉正交跨簡支箱梁及常規正交跨箱梁為例，提出了一些較為可行的思路和方法，對該橋型的布設及結構受力特點進行了分析，希望為以后同類橋型布置提供參考。

1 常用布跨方案

受主線線形及被交鐵路位置影響，擬建橋梁與被交路交叉角度不可調。只有根據被交路現狀擬定可行的橋型方案。主要考慮了以下幾種可行的布跨方式[3-6]。

1.1 斜交斜置方案

當設計橋位與橋下河流流向或被交道路斜交時，為便于橋下通航、減少因增設橋墩造成阻水面積增大、確保橋下船舶安全通航，橋位處一般采用斜交斜置式橋梁跨越；同時應結合道路等級及線形或橋下改路情況，采用斜交斜置式或斜交正做橋梁形式跨越。

圖1 斜交斜置橋梁平面布置圖

當橋梁總長較長，全橋都采用斜交形式布設，會給整體結構帶來許多弊端，橋梁整體結構受力不盡合理；當斜交角度較大時，結構整體性亂、美感不強。且當橋下地物地貌較多、交叉角度又不同時，整體橋梁一個角度很難滿足需求。

1.2 加大跨徑正交跨越方案

采用正交形式跨越，結構受力比較明確、橋梁造型比較簡潔，與周圍環境協調性和美觀性比斜交形式都要強，且設計和施工都易實現。適當加大跨徑，改斜交形式為正交，能避免斜橋設計的諸多不利因素。該形式的突出優點是橋梁的設計和施工得到簡化，但往往會因加大橋孔跨徑造成不必要的浪費。

圖2 加大跨徑正交跨越平面布置圖

1.3 斜轉正跨越方案

如前所述，當橋下地物地貌較復雜、交叉角度又不同時，整體橋梁一個角度很難滿足需求；同時，為避免斜交斜置孔布置太長，僅希望在上跨河流或地方道路部分采用斜置式，其余部分按正交形式布置，斜交轉正交部分采用異形跨或過渡墩進行銜接。如圖3所示，上跨鐵路部分采用3×30 m先簡支后連續箱梁，前右夾角55°，通過異形跨進行過渡到正交跨。

上部結構的3種結構形式組合在一起，使得上部構造整體外觀不統一，大規模橋梁架設工作不易進行，裝配式橋梁優勢也較難體現。

圖3 斜轉正跨越橋位平面布置圖

1.4 框架墩方案

當被交道路較窄、主線和被交路交叉角度不大，可通過框架墩形式上跨被交路，這種布置方式既能保證正交，同時不必考慮大跨徑跨越式。因此，特別適用于小角度斜交橋[5]。

圖4 框架墩跨越橋位平面布置圖(單位:cm)

如圖4所示，擬建橋梁上跨一引水管，交叉角度為26°，在整幅2號墩及右幅3號墩位置設置框架墩、其余橋墩采用下部通圖中圓柱式墩型，保證了等跨徑正交跨越，減少設計工作量。圖5為2號墩及右幅3號墩對應的兩種框架墩，根據結構受力情況，框架墩采用預應力蓋梁、蓋梁與墩身設置固結或盆式橡膠支座。

圖5 框架墩一般構造圖

1.5 錯幅布設

當橋位處跨越河道有通航要求或跨越地方道路有加寬需求時，也可以采用錯幅布設方式。這種布設一般較多地采用左右幅分離式布置，保證橋下河流（地方道路）寬度、路線與河流（地方道路）交叉角度在合理的范圍內。左右幅橋墩、橋臺按照河流流向布置，可最大限度地滿足河道通航需求。

如圖6示，擬建橋梁跨越省道113，路基寬度21.5 m，后期有拓寬要求，要拓寬至34 m，路線與被交路交叉角度為111.3°，采用左右幅分離、錯幅5 m布置，這樣既保證了左右幅采用統一跨徑，同時最大限度地滿足拓寬需要，減少對地方道路的影響。

圖6 錯幅布設橋位平面布置圖(單位:cm)

2 斜交跨連續箱梁分析

2.1 結構有限元分析

斜交跨為斜交角度35°的三跨30 m先簡支后連續小箱梁橋，箱梁橫向間距3.067 m，梁高1.6 m，頂板厚0.18 m，跨中底板厚0.18 m，支點底板厚0.3 m，跨中腹板厚0.2 m，支點腹板厚0.3 m。由于成橋狀態的結構體系為連續梁，本橋通過建立梁格模型來進行分析計算。預制小箱梁采用C50混凝土。

縱梁之間通過橫梁聯系。為了較為準確模擬縱梁間的連接剛度，將橫梁分為兩類：一類位于預制小梁輪廓范圍，其抗彎剛度較大，采用翼緣厚0.18 m（同箱梁頂底板厚）、寬1.2 m（同節點間距）的工字形截面來模擬；箱梁輪廓范圍之外的橫梁剛度小，采用寬1.2 m、高0.18 m的矩形截面來模擬。此外，對于中支點橫梁、跨中隔板以及端橫梁均采用T形截面模擬，兩側翼緣取6倍頂板厚度。所有橫向聯系單元材料均為C50混凝土，其質量不計。橫向連接單元的截面如圖7所示，從左往右依次為第一類橫梁、第二類橫梁、端橫梁、中支點橫梁以及跨中隔板。

圖7 橫向單元截面（單位：mm）

主梁邊界條件：利用彈簧單元模擬支座，彈簧單元一端連接大地節點，一端通過剛臂與主梁節點連接。

2.2 主梁靜力計算結果

箱梁按A類預應力混凝土構件設計，采用MIDAS有限元分析軟件進行計算。按照相關設計規范要求，考慮了成橋狀態下永久荷載、可變荷載等作用[2]，分別計算了部分荷載單獨作用及荷載組合工況下主梁內力響應，計算結果均滿足規范要求。表1給出了主梁在不同狀況下，主梁各種應力指標值。

表1 斜交跨連續箱梁主要驗算指標表 MPa

可見，斜交箱梁在持久狀況、短暫狀況及正常使用階段，各項應力指標值均滿足規范要求限值。

3 異形跨簡支箱梁分析

3.1 梁長計算

異形跨平面布置于直線段上，前右夾角一端為55°，另一端為90°。橫向8片梁梁長各有差異[2]。表2列出了各梁片的理論梁長與預制梁長，可以看出梁片最短的為左幅第1片梁，預制梁長為2124.1cm，梁片最長的為右幅第4片梁，預制梁長為2858.1 cm。

表2 異形跨梁片參數表 cm

圖8 異形跨梁片布置圖

圖9 背景工程橋位平面布置圖

3.2 主梁靜力計算結果

異形跨為簡支箱梁，可建立單梁模型進行計算。但其一端正交，一端斜交，各梁片長度不同，每片箱梁都需單獨計算。為研究各梁片的橫向分布情況，需建立大橋的實體模型，準確模擬橫向連接，關于橫向分布系數的計算可參考文獻[2]。表3給出了異形跨簡支箱梁在不同狀況下，主梁各種應力指標值。

表3 異形跨簡支箱梁主要驗算指標表 MPa

可見，簡支箱梁在持久狀況、短暫狀況及正常使用階段，各項應力指標值均滿足規范要求限值。

4 工程實例

廟背大橋為跨越廣茂線及新興江而設，跨徑組合及布設受三茂鐵路和新興江防洪控制。大橋平面位于直線段+R=2000 m、Ls=230 m的直-緩曲線上（右轉），縱斷面位于直坡段上。橋跨布置為：左幅（4×30）m+（20+14×30）m小箱梁；右幅（4×30）m+（30+2×25+12×30）m小箱梁，第一聯 4×30為跨越鐵路橋孔，采用結構連續體系，前右角度為55°，其余橋孔均為簡支橋面連續體系。第5孔為斜轉正橋孔，單幅橫向各梁片不等長。25 m橋孔為調跨橋孔，截面尺寸同30 m簡支小箱梁一致。

本項目應鐵路部門要求，上跨鐵路部分結構形式力求簡單，施工方便、快速，減少在鐵路上方施工時間；結構應受力合理、明確，滿足設計要求的耐久性和可靠度；結構滿足鐵路運營安全及鐵路的規劃要求；上跨鐵路部分橋跨采用斜交方式，以利于橋下行車視覺通暢。鐵路兩側橋墩采用前右夾角55°布置，為方便后繼聯跨設計及施工，從5號墩開始正交布設，第5孔設計為異形跨，即斜交與正交跨的過渡跨。考慮橋臺與路基的順適銜接，0號臺采用斜交、N號臺采用正交布設。

5 結語

針對擬建常規橋型跨越橋下不同地形、地物的各種限制條件，提出了幾種常用的橋梁布設思路及方法，通過對比選取了較為合理的斜交轉正交的布設方式，并對非常規角度（35°）的斜交跨及異形跨進行了有限元分析，計算結果均滿足現有規范要求。橋跨布置較為可行、結構設計較為合理，本橋的設計對于常規橋型的設計有一定的借鑒意義。