裝配式曲線梁橋梁板布置設計

魏 霞，丁 潔，李雪松，干學軍，鄒瑩雪

(1.湖北省交通規劃設計院股份有限公司，武漢 430051；2.湖北省城建設計院股份有限公司，武漢 430051；3.武漢理工大學硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室，武漢 430070)

公路設計中的橋梁設計是保證公路暢通的重要因素之一[1]。橋梁上部結構型式繁多，有標準化裝配式預制結構、現澆箱梁結構、鋼箱梁結構、大跨徑斜拉懸索結構等[2]。橋梁設計時主要從設計、施工兩方面考慮，在滿足結構受力要求的前提下，綜合考慮后期方便施工、縮短建設周期、節約造價等因素選擇合適的上部橋梁結構型式[3]。標準化裝配式結構是綜合各種因素的首選橋梁上部結構型式，一般對于40 m以下跨徑橋梁，上部結構優先選擇預制結構[4]。但是，預制結構的應用也有局限性，預制結構在曲線上的應用受到曲線半徑的限制。在曲線梁橋的設計中，上部結構的布梁方式、上部結構布梁對下部結構的影響是設計中經常忽視的問題。曲線橋梁布梁方式分為兩類：平行布置和徑向布置，每種布梁方式又因為偏移基線的不同，會出現不同布梁結果。

1 墩臺平行布置

采用平行布置時全橋墩、臺中心線均平行。多跨平行布梁又可以分為相對于橋臺中心線偏移、相對于橋墩中心線偏移等方式。

1.1 相對于橋臺中心連線偏移

相對于橋臺中心連線偏移是以橋臺中心連線為布梁基線，根據梁間距偏移梁板，布梁基線為一條直線，即彎橋直做，如圖1所示。采用此方法布梁，全橋梁板平行，各跨梁與墩臺夾角a相同，下部結構尺寸相同。但當橋跨較長時，外邊梁懸臂長度相比較標準斷面懸臂長度變化值較大(矢高較大)。

1.2 相對于墩中心連線偏移

相對于墩中心連線偏移是以相鄰墩臺中心線連線為布梁基線，布梁基線是幾條折線組成，即彎橋折做，如圖2所示。全橋各跨梁板長度相同，施工時只需要一套模板即可，每跨梁片與墩臺夾角各不相同,且半徑越小，各跨梁體和墩臺線夾角差別越大。

1.3 墩臺處梁體的錯臺

相對于墩中心連線偏移時，相鄰梁跨之間對應梁片存在錯臺，原因是偏移是按照兩梁之間正距偏置，在橋墩處由于兩聯與橋墩線夾角a不同，梁之間間距也不等。下構設計時，注意墩臺擋塊布置及橋墩蓋梁長度會發生變化。

1.4 兩種布梁方式邊梁懸臂的差別

相對于橋臺連線偏移和相對于橋墩連線偏移兩種布梁方式布梁，內外邊梁的懸臂長度變化不同。表1中以500 m平曲線半徑，上部構造標準跨徑16 m，懸臂長度為100.0 cm布梁為例，列出兩種布梁方式下邊梁外懸臂最大和最小值。

表1 不同布梁方式邊梁懸臂長對比

從表1中可以看出，橋跨較長時，相對于橋臺連線偏移布梁，會使曲線內外邊梁懸臂相比較標準懸臂長變化較大。故當多跨橋梁平行布梁時，半徑較大，單跨布梁時，可采用相對于橋臺中心連線偏移方式；當半徑較小時，多跨布梁時，可采用相對于墩中心連線偏移方式布梁。平行布梁方式不適用于橋跨較長時布梁。平行布梁需要模板較少，對上構預制施工來說是最方便的布梁方式。但是下構標高及橋面標高計算復雜，橋面橫坡均為縱坡和橫坡的合成坡度；橋梁長度較長時，為了和路線整體相符，必須彎橋折做，此時會造成墩臺尺寸長短不一，給設計和施工增加難度。

2 墩臺徑向布梁

徑向布置即各墩臺軸線垂直于路線設計線，由于曲率半徑的影響，徑向布置時，同一孔跨中各片梁長不相等，半徑越小內外梁長差越大。

徑向布置可以分為相對于橋臺中心連線偏移、相對于墩中心連線偏移和相對于路線中心線偏移幾種方式，圖3、圖4、圖5分別給出了三種布梁方式的布梁平面圖。三種布梁方案在各跨梁長、梁體與墩臺夾角、梁體在墩臺處距離有一些相同點和不同點，表2列出了三種布梁方式在這三方面的區別。圖表中的B值為梁體橫向間距。

表2 不同徑向布梁方式下對比

由表2可知，對于徑向布梁時，相對于橋臺連線偏移這種方式會使每片梁長各不相同，下部墩臺尺寸也會各不相同，且這種方式布梁，邊梁外懸臂變化最大。故不推薦采用此種布梁方式。

采用相對于墩中心連線偏移時，特別是平曲線曲率變化較大時，可能導致下部墩臺蓋梁長度不同，故一般也不推薦采用。

徑向布梁時，最常采用的是相對于路線中心線偏移方式，這種方法布梁，會使各跨對應梁片長度相同，梁片與墩臺夾角相同，下部各墩臺結構尺寸相等。故在實際工程中，應采用此方法。

3 徑向布梁時矢高在實際工程中處理方式

3.1 半徑小、矢高大時布梁方式

工程實際中，曲線梁橋多采用徑向布梁方式。曲線橋布梁會存在矢高。半徑越小，矢高越大，矢高會造成外邊梁懸臂長度過大，內邊梁懸臂過小。實際布梁時，為避免內外邊梁懸臂長度差值過大，布梁時會采用偏移1/2矢高的方式布置，如圖6所示。

先把布梁基線向曲線外側偏移1/2矢高作為布梁基線，采用此方法布梁內外懸臂變化會縮小。以平曲線半徑500 m，橋跨為3×30 m，邊梁外懸臂標準長度為100.0 cm為例，采用兩種布梁方式懸臂長度比較見表3。

表3 不同布梁方式邊梁懸臂長對比

從表3中可知，偏移1/2矢高后布梁，將會使內外邊梁懸臂差值縮小，減小預制梁外懸臂的變化幅度。

3.2 偏移1/2矢高布梁時注意事項

偏移1/2矢高作為布梁基準線布梁后，上部構造梁體整體向曲線外側偏移，此時邊梁和擋塊之間距離C1、C2會發生變化，C1會縮小，C2會增大，見圖7。如果仍然按照標準斷面時的下部構造尺寸設計，會造成C1過小，而C2過大。此時應將下部構造向曲線外側偏移1/2矢高，才能保證梁體與擋塊之間間隙足夠；或是外側擋塊位置外移，加長蓋梁長度。

3.3 外懸臂處理方式

為適應路線平面線型，曲線橋布梁后，內外邊梁懸臂會出現每個斷面均不等的情況，實際工程中，通常采用兩種調整方式滿足平面線型。一是通過調整護欄滿足線型要求，這種方法預制梁體時，外懸臂可采用等值預制，方便施工，但是會增加橋寬，這種方法一般在半徑較大，懸臂長度變化較小時采用；二是通過預制外邊梁時按照實際懸臂長度預制，此種方法預制模板復雜。

3.4 徑向布梁時弦弧差處理

徑向布梁時，雖然各跨對應梁片梁長相同，但是同一跨徑內，內外梁片梁長不同。工程實際中，通常采用兩種方式解決梁長不相等的問題。

1)預制梁長相同，采用濕接縫和封錨端調整梁長

此時同一跨內各梁預制梁長L相等，所需模板較少，上構施工方便。但是墩頂現澆濕接縫長度C和封錨端長度B各梁均不相等，濕接縫長度為扇形。為保證臨時支座或是永久支座到預制梁端距離，會出現下構墩臺蓋梁寬度曲線內外側不相等情況，內側所需寬度小，外側所需寬度大。

這種方式處理梁長變化，預制梁體時較為方便，但是下部構造設計與施工均較復雜。

2)封錨端和濕接縫長度不變，改變預制梁長調整

通過調整預制梁長實現梁長變化時，封錨端和墩頂濕接縫長度保持不變，但是同一跨各公路常規橋梁的設計預制梁長均不相同。這種方式實現梁長變化時，因為預制梁長的不停變化，會使預制梁種類較多，施工時應對預制梁體進行編號，否則安裝梁體時會混亂。但是這種方式布梁，下部構造尺寸相同，下構施工設計較方便。

4 結 語

通過以上討論，當半徑較大，橋長較短時，可以采用平行布梁方式；當橋長較長時，一般推薦徑向布梁，且宜采用路線中心線為基線進行偏移，當半徑較小時，為減小內外梁長差和邊梁懸臂變化值，可將基線偏移1/2矢高進行布梁。

當橋寬較窄時，允許采用預制結構的曲線半徑較小；橋寬較寬時，允許采用預制結構的曲線半徑較大。設計時不能因為曲線半徑的過小而放棄預制梁結構，還應結合路幅寬度、橋梁跨徑綜合考慮。

標準化裝配式預制上部結構施工質量可靠，建造周期短，預制上部結構梁體時可以同時施工下部結構橋墩樁基，相比現澆結構，節省工期且節約造價。實際設計中，應盡量采用預制結構并根據實際平曲線半徑、橋梁長度、橋寬選擇合適的布梁方式布梁。