桥型的概念策划论述范文

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总体布置与构造

1圆心角

圆心角反映了曲线桥梁的弯曲程度，对整体式桥台曲线箱梁桥的受力与变形影响较大，故对圆心角的选择要慎重，当圆心角较大时应注意控制主梁的弯扭刚度比及加强桩基的抗弯－扭设计。

2跨径布置

一般而言，连续梁桥合理的边中跨比例为0．55～0．90，连续刚构桥为0．50～0．69。而整体式桥台曲线箱梁桥允许使用较小的边跨与主跨的比例，这是由于整体式桥台自身的重力可以充当一个向下作用的砝码，同时也允许桩基在受到向上作用力时发挥桩基的摩擦作用。因此，整体式桥台曲线箱梁桥合理的边中跨比例范围较为广泛（根据计算分析，本文建议，合理的边中跨比例可取0．45～1．00），设计也更具灵活性。

3梁高

普通等截面的箱形梁桥合适的高跨比约为1／15～1／20，而整体式桥台曲线箱梁桥由于梁端与桥台固结的特殊构造，增大了主梁的抗扭性能，弯扭刚度比减小，故高跨比比一般曲线箱梁低。因此，整体式桥台曲线箱梁桥可选用具有较小建筑高度的“扁箱截面”来更好地满足桥下净空的要求。根据计算分析，本文建议其合理高跨比取1／17～1／20。

4极限桥长

连续曲线箱梁或连续曲线刚构桥等传统桥型可以通过“若干联”和“一联多跨”的结合形式解决桥长的问题，因此它不存在极限桥长，而只有从经济技术角度考虑的“经济跨径”和以材料强度指标为限制条件的“极限跨径”。然而，整体式桥台曲线箱梁桥由于特殊的桥台结构构造及结构－土的相互作用，使得桥长必须控制在一个合理范围内，即不能超过“极限桥长”。这个极限长度取决于桥台所能承受的最大切向位移或主梁所能承受的最大径向位移。桥台所能承受的最大纵向位移根据桩的类型取决于不同的因素：当采用钢桩基础时，桥台的开裂限制了极限位移，而采用混凝土桩时，桩的开裂限制了极限位移。而主梁所能承受的最大径向位移取决于主梁－支座的滑动摩阻力和桩基屈曲失稳前所允许的最大变形。

目前，见诸报道的整体式桥台曲线桥的实桥建设中最大桥长达到358m（圆曲线部分长297m，圆心角4°45′），文献的计算分析也表明了长联、大圆心角的整体式桥台曲线箱梁桥（桥长240m，圆心角53．9°）工程应用的可行性。可见，尽管整体式桥台曲线箱梁桥有着“极限桥长”的限制，但它还是具有广阔的应用空间。在目前国内还没有足够工程实例的情况下，建议此类箱梁的“极限桥长”为240m。

5主梁截面形式

由于单箱单室具有受力明确、施工方便及材料用量少等优点，所以对整体式桥台曲线箱梁桥的上部结构而言，当桥宽≤14～20m时，可优先考虑单箱单室截面形式。对于更宽的桥面，一是分幅建设，二是增加箱室，三是增加两侧挑臂长度。当桥梁跨径较大时，可以根据技术经济比选来考虑采用钢箱梁、钢－混凝土组合箱梁或设置FRP轻型桥面板的箱梁。

6支承体系布置

整体式桥台结构由于梁端与桥台的固结而取消了梁端的伸缩缝与支座，简化了桥梁支承体系的设计，减少了施工和维护的费用。文献的实验结果表明，中间墩柱支座预偏心对整体式桥台曲线箱梁受力性能的影响比传统连续曲线箱梁小，计算表明，当桥长或圆心角较大时，主梁的扭矩较大，可通过适当设置中间墩柱支座预偏心的方式调整主梁的扭矩分布。

7桥台选型

整体式桥台曲线箱梁桥的桥台构造要能顺应主梁温度变化时的纵向位移及台－土－桩相互作用下自身的强度要求，台高、台厚的尺寸及截面配筋可以根据这两个要求进行计算确定，保证桥台有足够的柔度及强度，本文建议，台高H的合理取值范围宜控制在H／I＝1．5～2（I为桥台的纵桥向厚度）。另外，由于温度等作用，曲线梁体内外弧长的伸缩变形量不同而使桥台将绕竖轴发生一定量的旋转，这将导致台后土压力的重分配并可能造成桥台及翼墙的局部开裂，因此在桥台的选型及构造设计中应分析计算旋转量的大小。

8桩基选型

桩基选型的主要参数是桩的类型（混凝土桩或钢桩、圆桩或矩形桩）、尺寸及强弱轴的朝向。从检索到的文献资料来看，国外（尤其美国）在整体式桥台桥梁的台下桩基选型时常采用预制的H型钢桩，而就我国目前的实际工程而言，更多的是采用就地灌注的钢筋混凝土桩。本文建议，当采用钢筋混凝土矩形桩时，桩基的长细比宜控制在40～80，并设置成绕强轴弯曲，以改善桩基的受力性能；而当采用钢筋混凝土圆形桩时，建议桩径≤1．0m。整体式桥台曲线箱梁桥的台下桩基除了受轴向压力作用外，还同时受弯矩、扭矩和横轴向力的作用，呈现出“压－弯－扭”的复杂受力状态，并可能发生纵向挠曲而压屈失稳，因此按桩身材料强度确定单桩承载力时，除了需验算桩身截面强读外，还应进行桩身压屈稳定的验算。按极限状态设计方法对桩身承载能力稳定性和裂缝宽度的验算可参照现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62－2004）》执行。

关键构造设计

1桥台－主梁结点构造

桥台－主梁结点构造是整体式桥台纵向抗弯刚度及有效传递主梁纵向位移的主要影响因素之一，一般采用刚性连接或半刚性连接。鉴于整体式桥台曲线箱梁桥梁端弯－剪－扭耦合的复杂受力状态及梁端的固接有利于提高上部结构的整体抗扭性能，该类桥梁的桥台－主梁结点采用刚性连接（固接）比较合适。设计结点构造时，当主梁为混凝土结构，可在桥台与主梁中预留连接钢筋，通过连接钢筋焊接后的现浇混凝土接缝，实现桥台和主梁的刚性连接（如图1）；而当主梁为钢结构时，桥台与主梁一般采用螺栓连接（如图2）。

2桥台－桩帽结点构造

桥台－桩帽结点构造主要是确定桩帽与桥台的连接强度（固接或铰接）。桩帽与桥台固接（如图3），可以保证桥台与桩帽间弯矩的顺利传递，符合整体式桥台桥梁整体施工的概念和受力特性。而桩帽与桥台铰接（如图4）可以减轻桩基对上部主梁的约束，减小主梁端部的弯矩和应力，但同时也可导致桩基弯曲变形的曲率和应力增大。综合考虑两种结点构造对结构受力性能的影响及施工的难易程度，建议整体式桥台曲线箱梁桥的桥台－桩帽结点构造采用固接形式。

3台后搭板构造

对整体式桥台桥梁而言，台后搭板已不再是单纯的路桥衔接设施，由于它与桥梁结构紧密联系，也将与梁体一起受力，共同变形。而且，搭板可以减少边跨的最大弯矩，对连续梁结构的边跨受力有利［7］。搭板构造设计的主要参数是搭板的长度、斜度及与桥台的连接。为了防止开裂，可在搭板表面涂上沥青或使用铺装层，并在桥台背墙的结点处设计成能够相对转动的布筋形式，以适应一些不可避免的转动（如图5所示）；为了防止沉降，可在搭板下增设枕梁或将搭板设计成埋置式搭板，同时，注意选择板下填料的类型并控制填料的变形（如图6所示）。为防止或减小温度等作用下桥台处的转动，可参照斜桥中的构造处理，在台后选用摩擦板。

4搭板－路面接缝构造

已有的研究表明，下部结构对上部主梁在温度作用下纵向位移的约束并不大，大部分位移量最终通过台后填料和搭板传递到搭板与路面的接缝，使其得以容纳和吸收。因此，接缝的宽度确定和填料的构造处理至关重要。接缝的宽度可由计算确定，缝内填料目前常用沥青或硅胶混合料。为了更好地改造和替代容易出现病害的传统伸缩缝，上世纪70年代，英国首先研发了一种TST伸缩缝（全称叫“TST碎石桥梁弹性接缝”），已在一些国家得到应用。这种伸缩缝具有弹性恢复力高、低温柔性好、高温稳定性好、使用寿命长、舒适性好等诸多优点。目前国内也有采用弹塑性改性沥青来替代桥梁伸缩缝装置的（图7），其由高黏弹性材料组成，常温下呈弹塑态，与前、后的桥面或路面形成连续体，桥面平整、无缝，因而行车更平稳、舒适，震动及噪音小。该类伸缩缝施工时，不需装设专门的伸缩构件和梁端预埋锚固钢筋，施工方便快捷，铺装1h后即可开放交通。用改性沥青修复已损坏的桥梁伸缩缝时，可半幅施工，半幅通车，不中断交通，不修便道，能节省大量资金，使用寿命长。本文建议可以结合这种弹塑体的配方设计和应用性能进行进一步改进，将其引入作为整体式桥台曲线箱梁桥的搭板－路面接缝，以更好地适应和吸收主梁的纵向位移。

5台后和桩侧填料选择

为了使桥台和桩基更好地将主梁的纵向位移往台后传递，台后和桩侧填料的选择至关重要。桩侧填料宜选用松散砂土，而台后填料为了避免搭板的沉陷与开裂，要求保证足够的压实度，宜选用密实砂土并选择合理的级配，但当密实砂土无法使桥梁梁体径向位移满足设计要求时，建议改用密实度或弹性模量更小的填料，如EPS泡沫材料（如图8所示）。

结语

整体式桥台曲线桥梁的设计理论研究尚未见报道，这在很大程度上限制了该桥型的应用和推广。本文通过对文献的系统研究，对整体式桥台曲线箱梁桥概念设计中的若干核心问题进行总结和分析，提出了相关建议，为实际工程的设计应用提供借鉴。

（1）总体布置中，当圆心角较大时应注意控制主梁的弯扭刚度比，及加强桩基的抗弯－扭设计；合理的边中跨比取0．45～1．0，高跨比取1／17～1／20；台高H宜控制在H／I＝1．5～2（I为桥台的纵桥向厚度）；当采用钢筋混凝土矩形桩时，桩基的长细比宜控制在40～80，并设置成绕强轴弯曲，而当采用圆形桩时，建议桩径≤1．0m。

（2）构造设计中，建议桥台－主梁结点采用刚性连接（固接），桥台－桩帽结点构造采用固接形式；搭板设计应重点考虑长度、斜度及与桥台的连接形式；桩侧填料宜选用松散砂土，台后填料宜选用密实砂土；可通过改进TST弹塑体的配方设计和应用性能，将其引入作为搭板－路面接缝。

作者：林志平单位：福建省高速公路有限责任公司