裝配式板梁變寬橋設(shè)計(jì)探討

劉凱舟 呂峰咸 呂凌其

(中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710000)

1 變寬橋一般設(shè)計(jì)方法

公路設(shè)計(jì)中，由于車道寬度變化，或道路交叉往往導(dǎo)致整體路寬變化。而受地形，綜合環(huán)境及公路功能的矛盾影響，橋涵構(gòu)造物又往往處于公路變寬段。

同一公路項(xiàng)目中的變寬上部結(jié)構(gòu)，規(guī)格重復(fù)率低，往往采用有針對性的特殊設(shè)計(jì)，如現(xiàn)澆箱梁或者現(xiàn)澆復(fù)合結(jié)構(gòu)等。施工也不得不配合采用不同于預(yù)制組裝的特殊施工工序，如設(shè)置臨時支撐，現(xiàn)場立模建筑。增加了一次性的模板浪費(fèi)，交通的干擾，施工的復(fù)雜性。

2 裝配式板梁的優(yōu)勢

裝配式板梁優(yōu)勢源于采用集中生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件。由于預(yù)制裝配式板梁的設(shè)計(jì)與施工工藝已經(jīng)相當(dāng)成熟，具有比現(xiàn)場臨時澆筑的板梁更高的可靠性。又因?yàn)檠b配方便，省去了大部分臨時支撐，更加提高了施工安全性與經(jīng)濟(jì)性。

但由于裝配式板梁的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)只針對等寬度橋梁，所以采用裝配式結(jié)構(gòu)需要擬合變寬橋線形，一定程度上增加了設(shè)計(jì)成本。擬合手段可采用：1)翼緣板及護(hù)欄調(diào)整；2)不同角度布梁；3)等角度扇形布梁三種手段。

對于變寬段整體預(yù)制吊裝的方法，不在本文討論之列。

3 翼板及護(hù)欄調(diào)整

橋梁邊板梁翼緣長度調(diào)整可直接用于小尺寸的橋?qū)捵兓{(diào)整，以裝配式小箱梁為例，懸臂長度調(diào)整范圍為85 cm～15 cm，即此法適用于70 cm以內(nèi)變寬橋。除此之外，可以保持翼緣寬度不變，僅通過護(hù)欄和標(biāo)線間接的調(diào)整橋面寬度。

這種方式需要注意幾個問題：

1)懸臂的長度調(diào)整應(yīng)在安全范圍內(nèi)。

2)減少懸臂長度時，應(yīng)保證蓋梁設(shè)計(jì)有防雨、水措施，避免水浸支座。

3)懸臂端部高度應(yīng)根據(jù)懸臂長度做相應(yīng)調(diào)整，保證懸臂下側(cè)斜率穩(wěn)定，避免出現(xiàn)扭曲曲面，導(dǎo)致立模困難。但顯然懸臂端部高度變化，使梁側(cè)面不夠美觀。如保持懸臂端部高度不變，則懸臂根部需要在驗(yàn)算安全的情況下調(diào)整高度，保持懸臂下側(cè)斜率穩(wěn)定，如圖1所示。

4 部分梁斜布

當(dāng)調(diào)整梁板懸臂不足以消化橋?qū)捵兓瘯r，可以考慮將邊梁與部分中梁斜置，配合懸臂長度消化橋?qū)捵兓?。以僅邊梁斜布為例，某橋單孔跨徑L，單幅最大橋?qū)払max，最小橋?qū)払min。如上部結(jié)構(gòu)采用裝配式部分預(yù)應(yīng)力箱梁，保持懸臂長度不變，僅調(diào)整變寬側(cè)邊梁與次邊梁濕接縫寬度為S1～S2漸變。只變更變寬側(cè)角度，如圖2所示。

與所有梁體順橋向平行布梁相比，邊梁設(shè)計(jì)角度改變量ΔA可由下式計(jì)算:

邊梁斜布調(diào)整變寬橋，需要注意以下幾個問題：

1)濕接縫寬度宜保持在25 cm～100 cm范圍內(nèi)，即如果只調(diào)整邊梁，適用的變寬范圍為75 cm。

2)斜置的邊梁將導(dǎo)致梁體長度變化，如果梁長變化過長則應(yīng)重新計(jì)算強(qiáng)度，增加橋面最寬處為驗(yàn)算截面。

3)斜布的邊梁應(yīng)調(diào)整端部角度，保持端部與其他梁體端部平行。

4)橫隔板設(shè)置角度應(yīng)與該跨偏角相同，平行于其他梁體橫隔板順利連接。

5)本例僅討論邊梁斜置的情況，如果僅邊梁斜置無法消化橋梁寬度變化，則可考慮將次邊梁或者更多的中梁斜置。

5 扇形布梁

如橋?qū)捵兓^大，超出以上兩種措施處理范圍，則可考慮同時調(diào)整所有梁體角度，扇形布梁，通過調(diào)整現(xiàn)澆濕接縫寬度使上部結(jié)構(gòu)寬度滿足變寬要求。

設(shè)某橋只單側(cè)變寬，單孔跨徑L，最大橋?qū)払max，最小橋?qū)払min，上部結(jié)構(gòu)為裝配式部分預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。采用等角度扇形布梁步驟如下：

1)布未變寬側(cè)梁。

在橋未變寬一側(cè)，即橋邊線與路線中心線平行，或與路線中心線為同心圓弧一側(cè)，采用路線中心線方向布設(shè)第一片梁，梁體角度與該跨橋偏角相同。此梁將作為基準(zhǔn)梁之一。

2)布變寬側(cè)梁。

當(dāng)變寬側(cè)橋邊線呈直線時，連接該跨變寬側(cè)最大與最小橋?qū)捥巸牲c(diǎn)成一直線，平行此直線布置變寬側(cè)邊梁。當(dāng)變寬側(cè)橋邊線非單純直線時，如最大橋?qū)捥帪閳A曲線弧頂，則應(yīng)綜合考慮采用翼緣長度消化圓弧凸出部，避免浪費(fèi)有效橋面面積的原則布置邊梁。

3)布置中梁與確定梁間夾角。

按照兩條邊梁的位置，根據(jù)中梁寬度與濕接縫寬度值，確定中梁布置數(shù)量，設(shè)為n。同時，設(shè)邊梁與第一片梁中心線夾角為A，梁體間的夾角A′=A/(n-1)。但采用扇骨形布梁僅僅是梁體間的夾角相同，而所有梁體的端部偏角及梁長都不同。體現(xiàn)這種方法最為直觀的應(yīng)該是以折扇扇骨為例，扇骨為梁體中心線，見圖3。

扇形布梁需要注意如下幾個問題：

1)如果橋?qū)捲趦蓚?cè)均有變化，且變化幅度不同，則應(yīng)先布設(shè)兩側(cè)邊梁，根據(jù)橋?qū)挻_定需要布設(shè)的梁體數(shù)量，以兩側(cè)邊梁夾角確定所有梁體夾角。

2)如果橋?qū)拑蓚?cè)等量變化，梁總數(shù)為奇數(shù)時，可以先以橋面橫橋向中心位置布設(shè)等于標(biāo)準(zhǔn)梁長的梁體1片，然后布設(shè)邊梁，最后布設(shè)其余中梁。如梁總數(shù)為偶數(shù)，可以先布置兩片標(biāo)準(zhǔn)跨徑的中梁，也可以沿橋?qū)捴行膶ΨQ布置兩片梁，夾角為平均夾角的1/2。

3)相對標(biāo)準(zhǔn)跨徑梁體，扇形布梁后，能保持標(biāo)準(zhǔn)長度的梁不會多于兩個，對梁長變化較大的梁體必須重新計(jì)算設(shè)計(jì)加強(qiáng)措施。

4)如果連續(xù)兩跨的橋面都有變化，不應(yīng)一味追求梁體連續(xù)，導(dǎo)致濕接縫寬度變化幅度過大，宜按兩跨簡支設(shè)計(jì)。

5)橋跨非連續(xù)側(cè)，所有梁體端部必須保持直線，防止影響伸縮縫設(shè)置。橋跨連續(xù)端，梁體角度不必力求統(tǒng)一，以不影響濕接縫施工，不影響上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度為原則，可以允許多角度梁體存在。

6)雖然梁體角度不同，但是要修改標(biāo)準(zhǔn)圖中橫梁，橫隔板的位置和角度，使之處于同一直線。

7)如濕接縫寬度較小(小于25 cm)，梁體翼板在預(yù)制階段可只構(gòu)架鋼筋骨架，安裝到位后與濕接縫一起澆筑。這點(diǎn)來說，T梁比小箱梁更具有優(yōu)勢。

6 結(jié)論與建議

變更翼板長度、改變梁體布置角度，是用裝配式結(jié)構(gòu)解決變寬橋梁的兩種主要方式。筆者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了兩種方法的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，指出了一些應(yīng)該注意的問題。但還有較多的問題需要深入研究。如變寬布置的梁體橫向分布系數(shù)的影響，濕接縫變寬對整體結(jié)構(gòu)的影響等。

最后需要注意的一點(diǎn)是，裝配式結(jié)構(gòu)解決變寬橋問題，是為了方便設(shè)計(jì)與施工，提高橋梁經(jīng)濟(jì)性，可靠性與安全性。不應(yīng)為了做裝配式而做裝配式，設(shè)計(jì)前應(yīng)有充分的比較論證。