鄧盼盼

摘要 中小跨徑簡支T形梁橋結(jié)構(gòu)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(cè)翻為工程實例，探討了橋梁上部荷載與結(jié)構(gòu)抵抗力的關(guān)系，分析橋梁設(shè)計所遵循的設(shè)計原則，研究簡支T形梁橋的平面設(shè)計和縱斷面設(shè)計參數(shù)，得到結(jié)論：中小跨徑簡支T形梁橋縱斷面設(shè)計中主要遵循的設(shè)計參數(shù)為：橋梁總跨徑、橋梁分孔、橋道高程、基礎(chǔ)埋深，為設(shè)計人員提供參考。

關(guān)鍵詞 中小跨徑;T形梁;設(shè)計參數(shù);工程實例

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

0 引言

交通是維系國家經(jīng)濟與社會發(fā)展的命脈，交通行業(yè)的發(fā)展對國家經(jīng)濟和社會發(fā)展起到了重要的促進作用。在國家經(jīng)濟與社會高速發(fā)展的今天，我國交通事業(yè)也得到了迅猛發(fā)展。公路、鐵路、城市道路和農(nóng)村道路的建設(shè)已經(jīng)日趨完善，而橋梁工程作為我國交通事業(yè)的重要組成部分，由于其建設(shè)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(yù)應(yīng)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(yōu)點。而從橋梁的結(jié)構(gòu)來看，T形結(jié)構(gòu)橋梁具有造價低、抗拉壓能力強等特點。結(jié)合常用的兩種橋梁構(gòu)筑材料與優(yōu)質(zhì)的橋梁結(jié)構(gòu)類型，該文分別以鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土作為T形結(jié)構(gòu)橋梁的構(gòu)筑材料，以這兩種T梁為研究對象，對二者的各類參數(shù)進行了對比分析[4-5]。

1 中小跨徑T形梁橋設(shè)計指標(biāo)

1.1 中小跨徑T形梁橋設(shè)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(chǔ)上再進行優(yōu)化。隨著經(jīng)濟與科技的不斷發(fā)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(guān)規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)，為保證橋梁安全運行，根據(jù)規(guī)范對橋梁進行結(jié)構(gòu)驗算。

橋梁的設(shè)計任務(wù)就是在合理的預(yù)算范圍內(nèi)，保證橋梁安全使用，滿足橋梁各項功能，在結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)上再進行外觀設(shè)計。近些年，國內(nèi)發(fā)生多起因結(jié)構(gòu)設(shè)計而導(dǎo)致的橋梁破壞。橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的三要素分別是：荷載、結(jié)構(gòu)抗力、可靠性。橋梁所能承受的最大荷載要小于結(jié)構(gòu)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(fā)生事故，橋面整體側(cè)翻。根據(jù)大橋的設(shè)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(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)破壞，發(fā)生側(cè)翻。

綜上所述，中小跨徑T形梁橋設(shè)計中應(yīng)遵循以下幾點：

1.1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)構(gòu)分析是設(shè)計荷載與結(jié)構(gòu)抗力的關(guān)系。橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計以結(jié)構(gòu)設(shè)計原理為基礎(chǔ)，根據(jù)不同的材料性能計算材料的承載特性，從而進行截面設(shè)計。

1.1.2 可靠性設(shè)計

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

1.1.3 技術(shù)先進性

根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)情況因地制宜選擇橋型，合理運用新型設(shè)備、新材料及新技術(shù)，學(xué)習(xí)國外先進技術(shù)，大膽進行嘗試，綜合使用。優(yōu)勝劣汰，不斷學(xué)習(xí)和創(chuàng)新，在工程中最大限度融入科技成果，貫徹“安全、適用、經(jīng)濟和美觀”的原則，實現(xiàn)我國橋梁行業(yè)的不斷發(fā)展。

1.2 中小跨徑T形橋橋設(shè)計指標(biāo)分類

橋梁設(shè)計指標(biāo)是選擇橋形方案時要考慮的重要因素，表1為橋梁設(shè)計的指標(biāo)匯總，分為技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟指標(biāo)。技術(shù)指標(biāo)是為了使橋梁能夠正常安全運行，經(jīng)濟指標(biāo)是在合理的經(jīng)濟范圍內(nèi)達到目的。

表1中總結(jié)的技術(shù)和經(jīng)濟指標(biāo)并非全部指標(biāo)，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(shè)計參數(shù)分析

中小型跨徑T形梁橋的設(shè)計首要任務(wù)是確定橋位，根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)定可知，橋位、涵洞、線形要符合規(guī)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(diào)整線路走向。橋梁的具體形式要綜合考慮地形和地質(zhì)環(huán)境。中小跨徑簡支T形梁橋的平面設(shè)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(shè)置等，這些參數(shù)的選取既要符合當(dāng)下地形環(huán)境也要符合規(guī)范規(guī)定。

就平曲線半徑設(shè)計參數(shù)而言，根據(jù)相關(guān)資料可知，橋梁平曲線半徑與橋梁事故發(fā)生率之間有著必然聯(lián)系，多數(shù)情況下，小半徑曲線段意味著事故發(fā)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(yīng)選用較大的數(shù)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(fā)生率顯著提高，可考慮將這一數(shù)值作為平曲線半徑設(shè)計下限值。同時，對提高橋梁的安全特性而言，可以在設(shè)計過程中采用將平曲線設(shè)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(shè)計參數(shù)分析

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

3.1 橋梁總跨徑（∑l0）

橋梁總跨徑的設(shè)計應(yīng)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(dǎo)致橋前堵水而淹沒農(nóng)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(shù)的前提下，可以適當(dāng)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(chǔ)埋深較大的T形梁橋，通?？梢猿惺茌^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(shù)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(nóng)田及構(gòu)筑物造成不良影響。

3.2 橋梁分孔

當(dāng)橋梁跨度較大時，不分孔會使得橋梁中間彎矩過大，結(jié)構(gòu)設(shè)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(jīng)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(jié)構(gòu)的造價;反之，增加橋孔，上部結(jié)構(gòu)造價降低，橋墩造價增加。為了使橋梁分孔達到最優(yōu)，應(yīng)滿足以下幾條原則：

（1）當(dāng)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(fù)雜的地帶，根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r可以多設(shè)計幾個孔位。

（2）平原地區(qū)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(shè)置較大的通航孔道，兩側(cè)水流較小，可根據(jù)需要設(shè)置較小通航道。

（3）在山區(qū)深谷或水庫地區(qū)，水流較急，為了防止橋墩受到?jīng)_刷，破壞橋梁結(jié)構(gòu)，應(yīng)該在此類地區(qū)，盡量設(shè)置大跨徑橋梁，減少沖刷。如若地形條件允許可設(shè)置特大跨徑的單孔橋梁。

（4）當(dāng)橋梁為多孔體系時，應(yīng)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(zhì)情況較差的區(qū)段，可以采取增加跨徑的措施。

橋梁分孔是較為復(fù)雜的問題，在設(shè)置橋梁時，在綜合考慮上述因素的前提下，結(jié)合工程造價的實際預(yù)算情況才能得到較為合理的設(shè)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(shè)置時，應(yīng)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(qū)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(nèi)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(yīng)綜合考慮設(shè)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(guān)規(guī)定。橋梁的梁底高程和支座高程應(yīng)滿足以下條件：

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

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

需要特別說明的是：當(dāng)橋下有流水阻塞或者漂浮物時，橋下的凈空范圍應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w要求來設(shè)定，有淤泥河床時可以適當(dāng)增加橋下凈空。

4 結(jié)論與展望

4.1 結(jié)論

（1）該文以簡支T形梁橋為研究基礎(chǔ)，重點分析橋梁的設(shè)計原則和設(shè)計指標(biāo)。

（2）以某高速橋梁側(cè)翻為工程實例，探討橋梁設(shè)計荷載與結(jié)構(gòu)抗力的關(guān)系，具體分析橋梁三個設(shè)計原則。

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

（4）橋梁設(shè)計雖有規(guī)范可尋，但仍要根據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w環(huán)境做出變通，設(shè)計出符合要求的橋梁。

4.2 展望

我國工程行業(yè)正朝著縱向發(fā)展，優(yōu)化施工工藝、研發(fā)新材料、裝配式施工都將使施工工藝更標(biāo)準(zhǔn)化，提高施工效率。如圖3所示的預(yù)制T形梁橋。T形簡支梁施工大部分采取預(yù)制方式，使得預(yù)制構(gòu)件不受施工環(huán)境影響，施工進度較快且構(gòu)件質(zhì)量均勻，產(chǎn)生的廢料較少。今后應(yīng)開展裝配式簡支T形梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)研究。

參考文獻

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