公路橋梁裝配式橋臺設計分析

文∕彭寧斌、陳小明

1 前言

在公路橋梁裝配式橋臺設計環節中，采取科學有效的設計手法可以提升裝配式橋臺設計效果。就目前而言，在裝配式橋臺設計上需要考慮橋梁結構的整體性與橋臺承載能力等多方面因素。因此，對公路橋梁裝配式橋臺設計內容進行分析，并尋找出有效的設計方案意義重大。

2 裝配式橋臺技術優勢

2.1 操作便捷、耗時較短，所用的構件是由工廠預制完成的，另外成品的組裝也是在工廠的統一調配下實施。因此，也就沒有了傳統意義上的模板和鋼筋綁扎等相關操作，整個施工和操作也更為便捷，從而切實保障了施工團隊能夠快捷高效地進行施工。

2.2 施工的安全性等級得到了很大的提高，且極大減少整個工程量；施工過程中安全防控和處理方面變得極為精細，極大保障了相關施工和操作的安全與穩定。

2.3 能夠提升需要在特定時期內進行工程施工的施工效率，同時對多種施工環境都能做出較為高效的處理，相對來說整個部署和操作都極為便捷，能夠切實保障相關施工的科學與高效。

2.4 不會受到溫度的不良影響。大多數的橋梁在寒冷條件下極易出現施工效果不佳的情況，而預制構件的使用則很好地規避了以上的不良影響，同時整個的施工推進以及橋梁系統質量都得到了切實有效的保障。

3 裝配式橋臺體系研究

從本文所引述的工程案例情況來看，其上部結構采用的是先簡后支的連續箱梁，而柱臺則是借助于柱式臺的構造方式具體實施。對于橋臺來說，其主要由預制帽梁以及預制背墻等構成，這樣的構成方式為其整體性能的提升提供了基礎保障。但與此同時，裝配式橋臺體系的部署務必要引起高度重視，將重要構件之間的連接作為重要的施工內容，保證具體操作的安全與高效，以此為后續相關技術操作提供切實的保障[1]。

3.1 預制帽梁之間在結構上并不連接，且中間可填塞瀝青麻絮，以此能夠為后續結構性能的提升提供基礎保障。

3.2 預制耳墻與帽梁的連接為后續的澆筑以及整體性的結構穩固提供了切實保障，相對來說這樣的設計更為科學高效。

4 裝配式橋臺構造設計

4.1 裝配式橋臺跨徑與墩高兩者之間應遵循墻梁美學的相關原則，通常使其比值處在0.618～1 即可。在具體操作過程中，施工企業應注意實效和經濟方面，例如20m 跨徑T 梁適應的墩高一般為12～20m。不管是山區還是平原，公路橋梁設計中涉及的跨徑都應以地形為第一標準，且不可以對墩高做出跨徑等隨意變動。對于橋臺變化較大的情況，通常可采用20m與30m 或者30m 與40m 的組合跨徑進行具體操作，以達到既定的施工效果[2]。另外還應注意的是，如果橋梁有多種可供選擇的跨徑方案，具體的選擇應綜合上下結構確定。

4.2 在裝配式橋臺上部構造（板或梁）與平面曲線半徑方面，一般來看，應重點關注前者對后者的影響效果，相應的影響主要涉及以下兩個方面，其一是內外弧差，其二是中矢高。對于墩臺徑向的布置來說，由于曲率半徑的限制，內外梁長在不等條件下，半徑越小，則內外梁長差就越大。而要想改變這一情況，主要有兩種方式，其一是通過平面半徑對梁長適當加長；其二是借助于帽梁的加長做出補充，或是通過加大封錨的方式做出改進。綜合分析來看，第一種方式更為便捷，且帽梁的尺寸并不大，因此無需做出較為復雜的部署。然而，當幾座橋梁均存在不同曲線半徑的情況時，相應預制梁長度的相關操作就會變得極為復雜，且整個操作也會變得極為繁瑣，需要諸多的步驟來保障整個施工質量的穩定與高效。不僅如此，這樣的方式對于區域也有著特定的要求。

內外弧差的問題解決后，也應對中矢高方面的不良情況引起相應的重視，通常使其控制在10cm 以內即可；而要想達到這樣的效果，一般可借助于護墻內緣的平面線形進行調整；對于半徑較小，而中矢高大于10cm 且護墻寬50cm 的情況，由于不宜調整護墻，因此可視情況采用以下兩種方式。其一是借助于預制梁外緣的曲線預制，其二是以預制T 梁時多預制邊梁一段長度的方式對其做出處理，從而達到現澆橋面與護墻適應平面線形的現實效果。

5 裝配式橋臺下部構造設計

5.1 矮墩

裝配式橋臺高度小于40m 時應以柱式為主。其中，又有圓柱和方柱的區別，前者多在平原地區使用，外觀質量較易控制，同時能夠較為便捷地與柱基進行銜接；而后者的美觀性則要更好一些，且能夠與上部構件統一協調起來。如果從受力情況來看，截面面積相等條件下的方柱抗彎強度明顯要好于圓柱，且如果處在連續鋼構條件下，方柱能夠較為便捷地做出調整，從而為橋臺剛度的保障和提升提供基礎條件；反之，圓柱并不能便捷地做出調整。但是方柱也存在一些不足，例如橋臺與樁基之間往往需要樁帽才能有效地完成銜接，這樣一來勢必會增加工作量。因此，選擇怎樣的橋臺構造方式，應以現實的地形以及上部結構等具體情況來確定。

對于裝配式橋臺墩型來說，雖然其結構強度上起到的承載作用很強，但是具體設計起來卻比較復雜。在墩高較低時，由于施工復雜且無法達到美觀的效果，因此建議不用采用這樣的方式。它通常是在墩高較高的情況下經常使用，且整個操作也比較便捷，經濟損耗較之墩式類型更為高效，因此被廣泛應用于一些橫坡較陡的施工區域。

5.2 橋臺

通常情況下，橋臺設計都會將強度放在極為突出的位置，而當墩高較高時則應重點關注其穩定性問題。有關工程設計規范中對于橋臺穩定性有著相對精細的規定，在具體設計過程中墩高的確定以及各個部分的銜接方式等，一般應基于特定的環境做出精細處理。在諸多實驗和測試確定方面，不管是先簡支后結構還是先簡支后連續的多跨T 梁橋，橋臺長度與橋臺高度都應滿足以下條件：橋臺的有效長度l0=1.2l～1.43l，其中l 為橋臺高度。具體來看，當l=40m 且采用矩形截面時，相應的高度應處在1.2 的標準范圍內；而對于墩厚大于2m 的情況，相應的實心矩形截面的經濟性會降低，由此可見在橋臺被破壞時，如果使用實心矩形截面，那么其高度應嚴格控制在50m 以下，否則就應采用空心薄壁墩截面進行具體施工；高度超過65m 左右時且順橋向，則應考慮放坡。另外還需要注意的是，盡管在等寬尺寸條件下操作更為便捷，但是為了保障橋臺的穩定，橋臺和帽梁應適當加大尺寸，而這樣一來又會造成一定的材料浪費[3]。

5.3 裝配式橋臺

橋臺是連接兩端橋頭的重要支撐結構物，其不僅承擔著支座傳遞的豎直力和水平力，同時在承臺后期填土以及荷載等所產生的側向壓力往往也要由其承擔。鑒于這樣的現實條件，橋臺的施工務必要將強度放在突出的位置，從而為橋梁結構各方面的穩定發揮提供切實保障。

5.4 基礎

所謂基礎，主要是指橋梁的下部結構與地基接觸的部位，通常包括以下幾個小的部分：

5.4.1 端承樁：結構力由樁基傳遞到持力層，這樣的一個結構能夠有效保障受力的穩定性。

5.4.2 摩擦樁：結構力由樁身與土層的摩擦傳遞給土體，該結構在結構自重較輕且受力較小的建筑中比較適宜。

5.4.3 擴大基礎：由于其比樁基與土體的接觸面積更大，因此單位面積條件下其對土體的作用力更小，相應的它對土層的強度就比較低，且埋深較淺。這樣的情況多適用于巖層埋深相對較淺的地質條件，具體如何使用應視具體的情況而定。

6 裝配式橋臺設計實踐應用分析

借助于有限元分析軟件Ansys 構建裝配式橋臺的整體計算模型，從而為這方面精細嚴謹的操作提供切實保障。通過以上的操作，確定上部結構的荷載，以公路I 級為準，車道選擇雙向六車道，同時應將車輛沖擊系數和偏載等考慮到位，并做好效應組合，具體來說主要是由1.1×[1.2×結構重力+(1.4×汽車荷載沖擊系數)×汽車荷載+1.05×溫度應力]等構成。

6.1 因臺帽處于受壓的條件下，而只有部分支座存在拉應力，因此主拉應力以及主壓應力分別最大控制在1.4MPa 和9.6MPa。

6.2 因背墻同樣處于受壓狀態，拉應力則存在于部分結構中，上部結構對其造成的受力情況最為明顯，因此相應的主拉應力以及主壓應力等應分別最大控制在155MPa 和1.5MPa。

6.3 耳墻的受力也是一種受壓的狀態，而受拉則存在于部分結構，相應的主拉應力和主壓應力等應最大控制在0.7MPa 和0.68MPa。通過對以上受力的分析，確定了其對現行的施工條件比較適用。

7 結語

城市化的深入推進使得城市的交通網絡不斷地升級，相應涉及的橋梁工程也越來越多，因此效率更高且更為便捷的裝配式簡支梁構造方式受到了廣泛關注和應用。要想使其達到最佳的應用效果，相關設計者務必要以工程的現實條件為準，不斷做出優化和改進，從而切實保障工程的穩定高效和安全適用。