研究中小跨徑橋梁設計問題

王 翔

(山西交通控股集團有限公司，山西 太原 030006)

1 上部結構形式選擇

對于中小跨徑的橋梁，其上部結構形式常用的有以下幾種：其一，預應力混凝土連續T梁；其二，先簡支后連續預應力混凝土箱梁；其三，預應力混凝土空心板。當橋梁跨徑在20 m以內時，建議選擇預應力混凝土空心板；當跨徑為20～40 m時，建議選擇預應力混凝土連續T梁和先簡支后連續預應力混凝土箱梁。當跨徑為20 m時，T梁的梁重為16 t，鋼材用量為9.67 kg/m2，普通鋼筋用量為111.3 kg/m2，混凝土用量為0.431 m3/m2，基價比為1.7；箱梁的梁重為24.3 t，鋼材用量為11.69 kg/m2，普通鋼筋用量為53.5 kg/m2，混凝土用量為0.386 m3/m2，基價比為1.4。當跨徑為25 m時，T梁的梁重為21.2 t，鋼材用量為11.75 kg/m2，普通鋼筋用量為108.7 kg/m2，混凝土用量為0.46 m3/m2，基價比為1.7；箱梁的梁重為32.8 t，鋼材用量為13.65 kg/m2，普通鋼筋用量為53.4 kg/m2，混凝土用量為0.41 m3/m2，基價比為1.4。當跨徑為30 m時，T梁的梁重為28.4 t，鋼材用量為14.29 kg/m2，普通鋼筋用量為110.2 kg/m2，混凝土用量為0.494 m3/m2，基價比為2.0；箱梁的梁重為42.3 t，鋼材用量為15.99 kg/m2，普通鋼筋用量為85.6 kg/m2，混凝土用量為0.434 m3/m2，基價比為1.4。當跨徑為40 m時，T梁的梁重為494 t，鋼材用量為22.16 kg/m2，普通鋼筋用量為135.2 kg/m2，混凝土用量為0.66 m3/m2，基價比為2.5；箱梁的梁重為74.4 t，鋼材用量為22.73 kg/m2，普通鋼筋用量為101.0 kg/m2，混凝土用量為0.51 m3/m2，基價比為2.0。

通過對比可知，當跨徑處于20～40 m范圍內時，相同跨徑條件下的箱梁造價低于T梁，而箱梁自重卻高于T梁。由于T梁自重相對較輕，需要更多的數量，使施工周期延長，還會對美觀性造成一定影響；相較于T梁，盡管箱梁的吊裝重量相對較大，但所需要的數量較少，能縮短工期，并且由于工藝比較成熟，能有效保證質量及美觀性，伴隨我國吊裝機械設備水平不斷提高，吊裝作業已經不再是關鍵問題。因此，在中小跨徑橋梁設計過程中，建議優先考慮箱梁這一上部結構形式。

2 墩高和箱梁跨徑之間的關系

對于中小跨徑橋梁，其高度通常在40 m以內，在這種情況下，墩柱形式通常為圓柱或方柱。兩者相比之下，方柱受力性能更好，但樁和柱之間的連接要采用樁帽，導致工程量明顯增加；而圓柱施工比較簡單，質量控制難度低，和樁之間的連接也較為簡單。基于此，建議選擇圓柱式墩。為了明確墩高和跨徑之間的關系，以現場地勘資料為依據，可對通用圖予以套用，對比和分析各跨徑條件下的箱梁經濟性。

經對比與分析可知：當墩高完全相同時，如果箱梁的跨徑增加，則上部結構的造價水平將顯著升高，但下部結構方面的造價水平將有所降低；在箱梁方案的對比設計過程中，要對包含墩高、跨徑及地質等在內的各項因素進行綜合考慮，以此選擇出最佳的設計方案。如果平均柱高是36 m，則以40 m的跨徑為宜，這樣能保證經濟性；如果平均柱高是30 m，則以30 m的跨徑為宜，以此保證經濟性；如果平均柱高在20～25 m范圍內，則以25 m和30 m兩種跨徑為宜，以保證經濟性；如果平均柱高是15 m，則以25 m的跨徑為宜；而當平均柱高是10 m時，跨徑基本不會對橋梁工程的造價造成影響。

3 構造要求

(1)箱梁各墩支點部位都要設置橫梁，當彎箱梁內側直徑小于240 m時，還需要在胯間進行橫隔板的設置，其具體的間隔距離需通過結構分析來確定。對于中支點處的橫梁，其厚度應達到1.2 m以上，具體厚度大小要以構造要求等為依據來確定。而對于邊支點處的橫梁，其厚度要按照0.8～1.2 m的范圍來控制。

(2)懸臂的長度需要以箱室數量和箱梁的總寬度為依據來確定，通常要控制在3 m以內，懸臂端部的厚度要達到0.2 m，而翼緣懸臂根部實際厚度要達到懸臂長度10%～20%。如果懸臂的長度在2.5 m以上，則需要在箱梁的頂板施加一定橫向預應力。

(3)腹板支點處實際厚度大小要達到構造及截面抗剪強度要求，建議按照0.6～0.8 m的范圍控制。跨中處的厚度需要達到鋼筋設置基本要求，一般要控制在0.4～0.6 m范圍內；另外，在跨中和支點間還要設置相應的過渡段，其長度應達到凈跨12.5%～20%。

(4)在中小跨徑橋梁中，其箱梁以等截面形式的連續箱梁為主，既可以等跨布置，也可以不等跨布置，當橋梁長度較大或采用頂推法進行施工時，建議進行等跨布置，而由于地形或地質等方面的因素影響無法進行等跨布置，則為了防止邊跨支點反力降低，需將邊跨和中跨的比值控制在0.7～1.0以內，并優先考慮支腹板或者是斜腹板的形式。若為了滿足景觀方面的要求而采用截面相等的連續箱梁形式時，往往進行不等跨布置，此時需將邊跨和中跨的比值控制在0.6～0.8以內，大多選擇支腹板的結構形式。當橋面寬度在18 m以內時，以單箱單室箱梁為宜，而當橋面寬度在18～25 m范圍內時，以單箱雙室箱梁為宜，設置單箱的過程中，如果寬度在10 m以上，要考慮采用多箱的形式。另外，為滿足在箱梁中進行模板設置而提出的要求，需要使箱梁的梁高達到1.3 m以上。

(5)頂、底板實際厚度都要滿足鋼筋保護層方面的要求，對于板中厚度，應達到0.2 m以上，同時不能小于箱梁凈跨徑3%。

(6)在箱梁鋼束布置過程中，要綜合考慮包含構造尺寸、施工方法和受力要求等在內的項目，防止結構內產生次內力，如果使用了不當的鋼束與錨具，將導致結構尺寸明顯增大。通常情況下，要先對鋼束截面大小進行估算，然后再通過計算確定鋼束的數量。由于箱梁支點處受到的剪力與彎矩都相對較大，故橫隔梁的配筋要通過計算來確定。對于箱梁上的普通鋼筋，除了腹板上的箍筋需要通過計算來確定，其它均按照構造要求來配置。在實際的設計過程中，每個截面上的預應力都要有一定安全儲備，做好普通鋼筋的配置，保證箱梁整體耐久性，以免在使用時產生安全隱患。

4 結 語

綜上所述，在中小跨徑橋梁工程的設計過程中，考慮到箱梁外形良好、經濟合理、剛度大和性能突出，故應作為首選上部結構形式來考慮。在實際的箱梁設計過程中，首先要確定適宜的截面尺寸及跨徑布置，預留一定預應力儲備，在控制斷面，不可只對主拉應力進行控制，還要高度重視抗剪強度分析和驗算，以受力要求為依據對板底鋼筋布置予以合理設計，以此在保證結構安全的基礎上，延長其使用壽命，避免在箱梁使用時產生開裂等問題。