公路常規(guī)橋梁檢修通道平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

孫 莉

(1.安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司 合肥市 230088; 2.公路交通節(jié)能與環(huán)保技術(shù)及裝備交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心 合肥市 230088)

0 引言

目前我國已基本形成以高速公路為骨架的干線公路網(wǎng)，隨著公路建設(shè)的日趨完善，我國公路發(fā)展的重點(diǎn)將會(huì)由大規(guī)模快速建設(shè)向大規(guī)模養(yǎng)護(hù)轉(zhuǎn)型，公路養(yǎng)護(hù)將成為我國公路發(fā)展的新主題。面對(duì)這一問題，交通運(yùn)輸部提出了“建設(shè)是發(fā)展，養(yǎng)護(hù)管理也是發(fā)展，而且是可持續(xù)發(fā)展”的科學(xué)發(fā)展觀。

橋梁是公路系統(tǒng)中的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其良好的服役狀態(tài)對(duì)保證道路交通的長(zhǎng)期安全暢通起著決定性的作用。一般來說，橋梁的設(shè)計(jì)使用年限要達(dá)到50～100年。在我國，公路交通呈現(xiàn)流量大、車載重等特點(diǎn)，更加速了橋梁的老化。公路橋梁要保持良好的服役狀態(tài)，對(duì)其進(jìn)行有效的養(yǎng)護(hù)加固則顯得尤為重要。

為給橋梁結(jié)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)提供全面有力的保證，從全壽命設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)即應(yīng)充分吸收以往運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)管理中的經(jīng)驗(yàn)，將后期養(yǎng)護(hù)維修操作的可能性、經(jīng)濟(jì)性、安全性等方面納入設(shè)計(jì)范圍，在橋梁建設(shè)時(shí)將結(jié)構(gòu)巡檢通道、易損件的更換條件、結(jié)構(gòu)安全永久觀測(cè)點(diǎn)等檢修條件一并建成，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)主要部件的可到達(dá)、可檢修和可更換[1]。

目前大型、重點(diǎn)橋梁建設(shè)中較重視檢修通道的設(shè)置，而在我國橋梁占比最大的常規(guī)橋梁(裝配式箱梁、T梁、現(xiàn)澆箱梁等)則很少設(shè)置此類設(shè)施，或者設(shè)施難以滿足管養(yǎng)需求[2]。此外，現(xiàn)有的檢修設(shè)施設(shè)計(jì)未有統(tǒng)一的方式和原則，標(biāo)準(zhǔn)化程度不高，設(shè)置方式、位置與使用性能等與實(shí)際需求有差距。目前迫切需要一種適用于公路常規(guī)橋梁、標(biāo)準(zhǔn)化程度高、簡(jiǎn)單實(shí)用，讓養(yǎng)護(hù)人員可以方便、安全地進(jìn)行日常性抵近觀察橋梁重點(diǎn)易損部位的設(shè)施。

1 公路橋梁檢修通道的組成

公路橋梁檢修通道一般指固定在橋梁結(jié)構(gòu)上的檢修爬梯、檢修平臺(tái)等，通過合理的規(guī)劃，能使它們形成一個(gè)連續(xù)路徑，使檢修人員能夠從橋面或橋下出發(fā)，抵達(dá)橋梁上需要維修的多個(gè)部位[3]，它主要包括：

(1)平臺(tái)系統(tǒng)，包括為養(yǎng)護(hù)人員提供工作空間的平臺(tái)結(jié)構(gòu)和其支撐系統(tǒng)，如圖1所示。平臺(tái)系統(tǒng)的主要應(yīng)用場(chǎng)景包括：橫向設(shè)置于墩臺(tái)頂?shù)臋z修平臺(tái)(如圖1檢修平臺(tái)1)，用于對(duì)支座、梁端進(jìn)行檢修>和養(yǎng)護(hù)；沿上部結(jié)構(gòu)主梁縱向設(shè)置的檢修平臺(tái)(如圖1檢修平臺(tái)2)，主要用于對(duì)上部結(jié)構(gòu)主梁進(jìn)行檢修和養(yǎng)護(hù)；此外在上部結(jié)構(gòu)的一些關(guān)鍵部位，如體外預(yù)應(yīng)力錨固處，也會(huì)設(shè)置檢修平臺(tái)。

圖1 橋梁檢修通道

(2)梯道系統(tǒng)，要從地面或橋面上到達(dá)上述各種檢修平臺(tái)，需設(shè)置相應(yīng)的聯(lián)絡(luò)梯道。

2 檢修平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)問題及思路

公路常規(guī)橋梁的形式多樣，包括裝配式混凝土箱梁、T梁、現(xiàn)澆箱梁等，以及近年來開始廣泛采用的中小跨徑鋼混組合梁，不同上部結(jié)構(gòu)主梁對(duì)應(yīng)需采用不同形式的墩臺(tái)，因此實(shí)際橋梁項(xiàng)目對(duì)檢修通道平臺(tái)的布置要求會(huì)多種多樣。此外，從養(yǎng)護(hù)需求方面來說，有的項(xiàng)目需設(shè)置縱向的檢修通道，有的需從橋面到達(dá)梁底的人孔，有的需查看支座，所以檢修通道平臺(tái)需要適用的場(chǎng)景繁多。

但鑒于平臺(tái)的主要功能是為養(yǎng)護(hù)人員提供工作空間，當(dāng)將整個(gè)平臺(tái)系統(tǒng)劃分成平臺(tái)結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu)，如圖2所示，則可以將平臺(tái)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化。通過支撐結(jié)構(gòu)的調(diào)整和布置來實(shí)現(xiàn)不同橋梁結(jié)構(gòu)上、不同養(yǎng)護(hù)需求下平臺(tái)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。

圖2 平臺(tái)系統(tǒng)組成示意圖

實(shí)際項(xiàng)目中橋梁上下部結(jié)構(gòu)的尺寸多樣，如橋梁寬度不同時(shí)，平臺(tái)的布置長(zhǎng)度就不同；墩臺(tái)的形式不同時(shí)，支撐的形式和布置間距就需要改變。為了適應(yīng)盡可能多的工況，將設(shè)計(jì)幾種長(zhǎng)度的平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)段以適應(yīng)不同的支撐間距，并且通過平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)段的組拼來實(shí)現(xiàn)各種長(zhǎng)度平臺(tái)的布置。

圖3 平臺(tái)組拼示意圖

圖3示例了將3個(gè)長(zhǎng)度為4m的平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)段組拼為一座長(zhǎng)12m的完整平臺(tái)。同時(shí)可設(shè)計(jì)幾種標(biāo)準(zhǔn)形式的支撐，使平臺(tái)可以支撐或吊掛在橋梁的上下部結(jié)構(gòu)上。此外，在平臺(tái)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中考慮工廠化生產(chǎn)、裝配化施工的可能性，盡量采用小型化、標(biāo)準(zhǔn)化的構(gòu)件，并盡可能多地采用螺栓連接。

3 平臺(tái)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

3.1 兩種結(jié)構(gòu)體系的檢修平臺(tái)

有關(guān)檢修平臺(tái)，主要有兩種結(jié)構(gòu)體系，一種為圖4所示的主縱梁體系(后稱“縱梁平臺(tái)”)，以雙縱梁為主受力構(gòu)件，縱梁簡(jiǎn)支在支撐結(jié)構(gòu)上；平臺(tái)防護(hù)欄桿僅提供防護(hù)功能，承受局部荷載，不參與主體結(jié)構(gòu)的受力，可局部拆除；另一種則為圖5所示的桁架結(jié)構(gòu)體系(后稱“桁架平臺(tái)”)，由型鋼桿件組成的桁架是主受力構(gòu)件，桁架的上弦桿和腹桿除是主受力構(gòu)件的一部分外，同時(shí)也作為護(hù)欄，提供防護(hù)功能。

圖4 縱梁平臺(tái)組成

圖5 桁架平臺(tái)組成

這兩種結(jié)構(gòu)體系各有優(yōu)缺點(diǎn)，縱梁平臺(tái)主要依靠縱梁承載，為簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，當(dāng)跨度逐步增大時(shí)，主縱梁的梁高需要不斷增大，這會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的總高度相對(duì)較大，而一般橋梁結(jié)構(gòu)上的布置空間較局促，檢修平臺(tái)的總高度越大則越不便于布置，此外，梁高的增大也會(huì)導(dǎo)致用鋼量增加較多。但另一方面，縱梁平臺(tái)形式簡(jiǎn)潔，美觀性較好；防護(hù)欄桿的布置簡(jiǎn)單，受力明確，僅承受局部荷載，可根據(jù)實(shí)際布置的需要局部取消或單側(cè)取消，節(jié)省材料。

桁架平臺(tái)依靠桁架承載，將安全防護(hù)欄桿與結(jié)構(gòu)構(gòu)件融合，一般護(hù)欄扶手高度需至少在平臺(tái)板頂面以上1m[4]，則桁架高度至少1m，根據(jù)簡(jiǎn)支桁架梁梁高與跨度之間的關(guān)系，一般為1/10～1/16，公路簡(jiǎn)支桁架的經(jīng)濟(jì)梁高大致為跨徑的1/5.5～1/8，則桁架體系平臺(tái)的單跨跨度最小可達(dá)到6m，跨越能力較強(qiáng)。且通過標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，桁架平臺(tái)既可為簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，也可形成連續(xù)結(jié)構(gòu)，支撐的布置方案較多，因此對(duì)各種橋梁結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性較好。但桁架平臺(tái)的上弦桿和腹桿是主受力結(jié)構(gòu)的組成部分，不能隨意取消，結(jié)構(gòu)形式較固定，當(dāng)平臺(tái)只需設(shè)置單側(cè)護(hù)欄或平臺(tái)需要與其他檢修通道銜接時(shí)，桁架平臺(tái)則不如縱梁平臺(tái)可調(diào)余地大，材料也更浪費(fèi)。

縱梁平臺(tái)選用槽鋼來制作縱梁，選擇4種標(biāo)準(zhǔn)段長(zhǎng)度2m、4m、6m和8m，按簡(jiǎn)支梁設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)荷載參考文獻(xiàn)[5]，槽鋼的選用如表1所示。

表1 縱梁槽鋼型號(hào)選取 mm

對(duì)桁架平臺(tái)，結(jié)合桁架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，設(shè)計(jì)2m長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)段，標(biāo)準(zhǔn)段之間通過連接構(gòu)造可以不斷接長(zhǎng)，如圖5所示，因桁架結(jié)構(gòu)跨越能力強(qiáng)，可每隔6～8m設(shè)置一道支撐。同樣基于文獻(xiàn)[5]的設(shè)計(jì)荷載，經(jīng)過計(jì)算分析，桁架平臺(tái)的上下弦桿選用角鋼L80mm×6mm，各類腹桿、橫向聯(lián)結(jié)系等選用角鋼L50mm×5mm。

3.2 支撐結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

實(shí)際橋梁項(xiàng)目中，檢修平臺(tái)設(shè)置的原因多樣，平臺(tái)既可能依附在上部結(jié)構(gòu)主梁上，也可能附于下部結(jié)構(gòu)墩臺(tái)上[6]。結(jié)合前述平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，形成了懸臂支撐、三角架支撐、吊掛支撐三種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

(1)懸臂支撐

懸臂支撐一般采用等截面或變截面H型鋼，如圖6所示，主要適用于平臺(tái)凈空易于滿足的場(chǎng)合。懸臂式支撐的主要優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、受力明確、施工方便且不占用平臺(tái)下空間，因此在平臺(tái)凈空易于滿足的前提下，優(yōu)先考慮采用懸臂支撐。當(dāng)H型鋼懸臂長(zhǎng)度不超過1.2m時(shí)，采用HW125×125型號(hào)H型鋼滿足構(gòu)造要求和受力需求。

圖6 懸臂支撐

(2)三角架支撐

三角架支撐結(jié)構(gòu)由豎向槽鋼、水平T型鋼及斜向角鋼焊接而成，如圖7所示。在實(shí)際使用中，支撐可通過改變豎向槽鋼的長(zhǎng)度，來滿足不同平臺(tái)結(jié)構(gòu)凈空的要求。這類支撐結(jié)構(gòu)適用范圍較大，大部分蓋梁和橋墩均能適用，尤其適用于蓋梁高度較小，導(dǎo)致懸臂式支撐無法滿足平臺(tái)凈空要求的情形。

圖7 三角架支撐

結(jié)合三角架的受力特點(diǎn)，并從標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，固定水平T型鋼(TW62.5×125)和斜向角鋼(∠63×63×5)的型號(hào)，以豎向槽鋼的型號(hào)和長(zhǎng)度作為變化參數(shù)，形成各種不同的三角架支撐，以適應(yīng)不同類型、不同跨徑的平臺(tái)，如表2所示。

(3)吊掛支撐

吊掛支撐為角鋼桿件焊接而成的U型結(jié)構(gòu)，如圖8所示，一般通過錨固連接構(gòu)造附于上部結(jié)構(gòu)主梁的梁底。在實(shí)際使用中，當(dāng)布置需要或因考慮平臺(tái)與其他附屬結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào)而需將檢修平臺(tái)附于主梁上時(shí)，可以選用吊掛支撐。

圖8 吊掛支撐

3.3 平臺(tái)系統(tǒng)的選用

按照模塊化的設(shè)計(jì)思路，可用上述的兩種類型平臺(tái)的不同長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)段拼裝出不同長(zhǎng)度的平臺(tái)，拼裝的方案往往不止一種。例如總長(zhǎng)為12m的平臺(tái)，可以用縱梁平臺(tái)組拼，有三個(gè)拼裝方案：6個(gè)2m長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)段、3個(gè)4m長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)段拼裝和2個(gè)6m長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)段；也可用桁架平臺(tái)組拼，用其2m標(biāo)準(zhǔn)段拼裝出2×6m的連續(xù)結(jié)構(gòu)。

選擇拼裝方案時(shí)，需要綜合考慮可行性、安全性、經(jīng)濟(jì)性和施工便利性等因素。一般可遵循以下原則：

(1)支撐設(shè)置條件較好時(shí)，可供選擇的拼裝方案較多，可從經(jīng)濟(jì)性、施工便利性等角度考慮進(jìn)行選擇。

(2)支撐設(shè)置受限制時(shí)，主要按支撐位置選擇平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)段。支撐結(jié)構(gòu)與平臺(tái)的配合使用如表3所示。

表3 支撐結(jié)構(gòu)的適用性

(3)結(jié)構(gòu)表面預(yù)埋件施工或后錨固施工不方便時(shí)，盡量選擇跨徑較大的平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)段，以減少支撐數(shù)量。

(4)桁架平臺(tái)可形成多跨連續(xù)結(jié)構(gòu)，相比縱梁平臺(tái)的簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)要更穩(wěn)健，在支撐間距相同時(shí)，一般優(yōu)選桁架平臺(tái)。

(5)雖然平臺(tái)在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮支撐間距可能達(dá)到8m。但在實(shí)際使用時(shí)，要在視覺觀感上給使用者以安全感，應(yīng)盡可能保證支撐間距不超過6m。

(6)當(dāng)平臺(tái)的一側(cè)連續(xù)緊靠橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)，可取消一側(cè)護(hù)欄設(shè)置，此時(shí)選擇縱梁平臺(tái)經(jīng)濟(jì)性較好。

4 結(jié)語

研究了適用于公路常規(guī)橋梁檢修通道的主縱梁結(jié)構(gòu)體系平臺(tái)與桁架體系平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，從設(shè)置的角度來說，2m、4m的主縱梁結(jié)構(gòu)體系平臺(tái)的主要使用范圍為短平臺(tái)。桁架體系平臺(tái)的單跨跨度最小可達(dá)到6m，平臺(tái)結(jié)構(gòu)的跨越能力較強(qiáng)，可主要適用于大支撐間距的情況。標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)可以縮短設(shè)計(jì)工期，大幅度提高養(yǎng)護(hù)設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)化程度，可工廠化生產(chǎn)與裝配化施工，進(jìn)而提升建設(shè)質(zhì)量與效率。