中小跨徑簡支T形梁橋的設計參數分析

鄧盼盼

摘要 中小跨徑簡支T形梁橋結構簡單，方便施工，在工程中被廣泛采用。文章以某高速公路橋梁側翻為工程實例，探討了橋梁上部荷載與結構抵抗力的關系，分析橋梁設計所遵循的設計原則，研究簡支T形梁橋的平面設計和縱斷面設計參數，得到結論：中小跨徑簡支T形梁橋縱斷面設計中主要遵循的設計參數為：橋梁總跨徑、橋梁分孔、橋道高程、基礎埋深，為設計人員提供參考。

關鍵詞 中小跨徑;T形梁;設計參數;工程實例

中圖分類號 U442.5 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）07-0103-03

0 引言

交通是維系國家經濟與社會發展的命脈，交通行業的發展對國家經濟和社會發展起到了重要的促進作用。在國家經濟與社會高速發展的今天，我國交通事業也得到了迅猛發展。公路、鐵路、城市道路和農村道路的建設已經日趨完善，而橋梁工程作為我國交通事業的重要組成部分，由于其建設需要跨越山川、河流等各類障礙物，并基于障礙物大小的影響，橋梁的種類也比較豐富。因此，對橋梁工程需要更為深入的研究[1-3]。

中小跨徑鋼筋混凝土橋梁和預應力混凝土橋梁是我國常見的兩種橋梁，具有變形小、剛度大、橋體耐久性好等優點。而從橋梁的結構來看，T形結構橋梁具有造價低、抗拉壓能力強等特點。結合常用的兩種橋梁構筑材料與優質的橋梁結構類型，該文分別以鋼筋混凝土和預應力混凝土作為T形結構橋梁的構筑材料，以這兩種T梁為研究對象，對二者的各類參數進行了對比分析[4-5]。

1 中小跨徑T形梁橋設計指標

1.1 中小跨徑T形梁橋設計原則

橋梁作為交通的一部分，最基本的要求是安全實用，在此基礎上再進行優化。隨著經濟與科技的不斷發展，對橋梁的要求不僅僅是安全實用，還要有一定的觀賞性。橋梁安全性是以相關規范為標準，為保證橋梁安全運行，根據規范對橋梁進行結構驗算。

橋梁的設計任務就是在合理的預算范圍內，保證橋梁安全使用，滿足橋梁各項功能，在結構安全的基礎上再進行外觀設計。近些年，國內發生多起因結構設計而導致的橋梁破壞。橋梁結構設計的三要素分別是：荷載、結構抗力、可靠性。橋梁所能承受的最大荷載要小于結構本身抗力，否則就會因橋梁承載力不足而破壞。2021年，某高速公路發生事故，橋面整體側翻。根據大橋的設計資料顯示，橋梁所能承受的最大荷載為49 t，而路面上的貨車重量高達198 t，這就直接導致橋梁結構破壞，發生側翻。

綜上所述，中小跨徑T形梁橋設計中應遵循以下幾點：

1.1.1 結構設計

結構分析是設計荷載與結構抗力的關系。橋梁結構設計以結構設計原理為基礎，根據不同的材料性能計算材料的承載特性，從而進行截面設計。

1.1.2 可靠性設計

如果僅滿足安全性設計，沒有足夠的可靠度，橋梁也存在相應的安全隱患。可靠度設計與結構設計不同，不同的橋梁有著不同的環境特點，所以存在一些不確定因素。跨海大橋要考慮風浪荷載及海水腐蝕問題，特殊地區橋梁更多要考慮地基基礎對橋梁結構的影響。橋梁可靠度不足，沒有足夠的安全儲備，會導致橋梁結構喪失;設計的安全參數較大，使得整個設計過于保守，工程造價會進一步提高，不利于工程的經濟適用性。在我國巖溶地區進行基礎設計時，橋梁基礎形式多采用樁基礎。樁基礎而樁長越長，承載力越高，設計人員用提高樁長的方法來提高巖溶地區樁基礎的承載力，造成樁長過剩。圖2為橋梁樁基礎底部在溶洞處懸空。

1.1.3 技術先進性

根據當地地質情況因地制宜選擇橋型，合理運用新型設備、新材料及新技術，學習國外先進技術，大膽進行嘗試，綜合使用。優勝劣汰，不斷學習和創新，在工程中最大限度融入科技成果，貫徹“安全、適用、經濟和美觀”的原則，實現我國橋梁行業的不斷發展。

1.2 中小跨徑T形橋橋設計指標分類

橋梁設計指標是選擇橋形方案時要考慮的重要因素，表1為橋梁設計的指標匯總，分為技術指標和經濟指標。技術指標是為了使橋梁能夠正常安全運行，經濟指標是在合理的經濟范圍內達到目的。

表1中總結的技術和經濟指標并非全部指標，不同項目有不同的劃分形式。

2 中小跨徑簡支T形梁橋的平面設計參數分析

中小型跨徑T形梁橋的設計首要任務是確定橋位，根據《公路工程技術標準》中的規定可知，橋位、涵洞、線形要符合規劃路線的整體走向，若遇到特殊情況，可組織專家評審，重新調整線路走向。橋梁的具體形式要綜合考慮地形和地質環境。中小跨徑簡支T形梁橋的平面設計還包括平曲線半徑、平曲線超高和加寬、緩和曲線、變速車道設置等，這些參數的選取既要符合當下地形環境也要符合規范規定。

就平曲線半徑設計參數而言，根據相關資料可知，橋梁平曲線半徑與橋梁事故發生率之間有著必然聯系，多數情況下，小半徑曲線段意味著事故發生率更高。在某些特殊情形下，橋梁一般為直線形，平曲線半徑應選用較大的數值。車輛速度為100 km/h時，橋梁的平曲線半徑小于2 000 m時，事故發生率顯著提高，可考慮將這一數值作為平曲線半徑設計下限值。同時，對提高橋梁的安全特性而言，可以在設計過程中采用將平曲線設置為緩和曲線的方式，從而進一步去提高橋梁的安全性能。

3 中小跨徑簡支T形梁橋的縱斷面設計參數分析

中小跨徑簡支T形梁橋的縱斷面設計參數包括：橋梁總跨徑（∑l0）、橋梁分孔、橋面高度及基礎埋深等，各參數的相關含義如表2所示。

3.1 橋梁總跨徑（∑l0）

橋梁總跨徑的設計應滿足以下原則：在使用期間，洪水可以正常流通，船只可以順利通過，避免因壓縮河道使得河道改變方向，導致橋前堵水而淹沒農田和村莊。

為減少工程造價，在遵循T形梁橋允許最大沖刷系數的前提下，可以適當合理提高橋梁下部的沖刷程度，從而將T形梁橋的總跨徑縮短。例如，對于基礎埋深較大的T形梁橋，通常可以承受較大的沖刷，可以將總跨徑進行縮減;對于處于平原地段的寬灘河段，河流的流速較小，漂流物較小，可以對T形梁橋的總跨徑進行縮減，但必須對各項參數進行充分研究校核，避免縮減跨徑后的T形梁橋下部的壅水對附近的河灘河堤、農田及構筑物造成不良影響。

3.2 橋梁分孔

當橋梁跨度較大時，不分孔會使得橋梁中間彎矩過大，結構設計困難，造價高，因此較長的橋梁要分為多孔。但孔徑劃分的不同，會影響橋梁的經濟效益和使用效果，同時會增加施工難度。若減少橋孔，此時橋墩造價雖有降低，但凈跨的增大，增加上部結構的造價;反之，增加橋孔，上部結構造價降低，橋墩造價增加。為了使橋梁分孔達到最優，應滿足以下幾條原則：

（1）當橋梁跨越有航道的流域時，孔徑的劃分首先要滿足通航需求，不影響原有的航道通行。其次，在一些河道復雜的地帶，根據當地情況可以多設計幾個孔位。

（2）平原地區的河流較為寬闊，但水流量卻有差別。橋梁在進行分孔時，可以在水流量較大的主河設置較大的通航孔道，兩側水流較小，可根據需要設置較小通航道。

（3）在山區深谷或水庫地區，水流較急，為了防止橋墩受到沖刷，破壞橋梁結構，應該在此類地區，盡量設置大跨徑橋梁，減少沖刷。如若地形條件允許可設置特大跨徑的單孔橋梁。

（4）當橋梁為多孔體系時，應考慮中間孔與邊孔所受的彎矩大小一致，合理確定相鄰跨之間的比值。

（5）在布孔過程中，為盡可能避開河流等地質情況較差的區段，可以采取增加跨徑的措施。

橋梁分孔是較為復雜的問題，在設置橋梁時，在綜合考慮上述因素的前提下，結合工程造價的實際預算情況才能得到較為合理的設計方案。

3.3 橋道高程

對于跨河的T形梁橋，在橋道高程的設置時，應充分考慮橋梁下部洪水排泄與船體通航的因素。在平原地區的T形梁橋，橋道高程值過大會使得橋頭引道處路堤所需要的土方填筑量明顯增大。對城市內部的橋梁而言，橋道高程增加會使得兩端引道往外部延伸，往往需要通過采用立體交叉或高架棧橋的措施進行解決，會使工程造價進一步提高。

在T形梁橋的橋道高程選擇時，應綜合考慮設計洪水位、橋梁下部使用需求等因素。在部分特殊情況下，橋道高程已有相關規定。橋梁的梁底高程和支座高程應滿足以下條件：

（1）梁底高程>max{設計洪水位+500 mm，最高流冰水位+750 mm}。

（2）支座高程>max{設計洪水位+250 mm，最高流冰水位+500 mm}。

需要特別說明的是：當橋下有流水阻塞或者漂浮物時，橋下的凈空范圍應根據當地的具體要求來設定，有淤泥河床時可以適當增加橋下凈空。

4 結論與展望

4.1 結論

（1）該文以簡支T形梁橋為研究基礎，重點分析橋梁的設計原則和設計指標。

（2）以某高速橋梁側翻為工程實例，探討橋梁設計荷載與結構抗力的關系，具體分析橋梁三個設計原則。

（3）對橋梁平面設計和縱斷面設計參數進行分析，得到橋縱斷面設計須遵循的設計參數為：橋梁總跨徑、橋梁分孔、橋道高程、基礎埋深。

（4）橋梁設計雖有規范可尋，但仍要根據當地的具體環境做出變通，設計出符合要求的橋梁。

4.2 展望

我國工程行業正朝著縱向發展，優化施工工藝、研發新材料、裝配式施工都將使施工工藝更標準化，提高施工效率。如圖3所示的預制T形梁橋。T形簡支梁施工大部分采取預制方式，使得預制構件不受施工環境影響，施工進度較快且構件質量均勻，產生的廢料較少。今后應開展裝配式簡支T形梁的結構設計參數研究。

參考文獻

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