郭才廣

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 武漢 430063）

在城市高架橋和立交樞紐工程中，存在較多的異形橋梁，平面一般表現(xiàn)為人字形和褲衩形，往往由直線梁和曲線梁以各種方式相結(jié)合，跨徑大都在20～40m。傳統(tǒng)的規(guī)則梁、板構(gòu)件已不能適應(yīng)橋梁對(duì)線形的要求。為了滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理和橋?qū)掃m應(yīng)車道變化，立交橋往往采用各種平面異形的現(xiàn)澆板或梁，特別是在主橋與匝道的分（合）點(diǎn)多采用異形變截面曲線橋，以達(dá)到力學(xué)和美學(xué)上的雙重要求。

由于構(gòu)造的特點(diǎn)造成了異形箱梁橋與一般箱梁橋有著很大的差別，分叉橋上行車線路交叉重疊，活載作用下的相互影響會(huì)造成各支點(diǎn)橫向受力分布不均，甚至出現(xiàn)超載或脫空現(xiàn)象。同時(shí)異形結(jié)構(gòu)空間效應(yīng)顯著，支承條件任意，受力狀態(tài)復(fù)雜，具有彎扭耦合的特性。了解此類橋梁的空間受力特性，是確保設(shè)計(jì)質(zhì)量的基礎(chǔ)。下面結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)例，對(duì)異形梁橋設(shè)計(jì)中的一些常見問題進(jìn)行探討。

武漢三環(huán)線在與珞瑜東路交叉互通中，因受地形條件及城市既有地面道路限制，共設(shè)計(jì)有4片分叉梁，并采用不等高腹板調(diào)節(jié)橋面橫坡。為節(jié)省材料及降低橋梁建筑高度，門式墩蓋梁采用箱梁橫梁外伸形成挑臂。由于主橋采用雙柱墩，為保持視覺上的連續(xù)性及從美觀考慮，在分叉梁匝道與主橋的結(jié)合段范圍內(nèi)，主橋下仍布設(shè)雙柱墩。

1 孔跨布置

由于該立交第2～6聯(lián)位于互通第一層，橋面距離地面高度在10～15m之間，同時(shí)考慮地形、地質(zhì)條件，根據(jù)平原區(qū)梁橋最適宜的跨高比1．618擬定橋梁跨徑采用20m，并在主橋及匝道橋分叉（會(huì)合）點(diǎn)設(shè)置橋墩。其中第3聯(lián)與第5聯(lián)反對(duì)稱，第2聯(lián)與第6聯(lián)反對(duì)稱，但匝道接入主橋段孔跨數(shù)及門式橫梁設(shè)置位置略有不同。異形梁平面布置見圖1。

圖1 異形箱梁平面布置圖

孔跨布置時(shí)，墩柱一般設(shè)置在橋面變寬點(diǎn)、主橋與匝道的分（合）點(diǎn)以及對(duì)應(yīng)地面方便立墩柱的地方。由于主橋與匝道橋分（合）點(diǎn)受力及構(gòu)造復(fù)雜，且匝道與橫梁一般為斜交，為保證結(jié)構(gòu)整體性及穩(wěn)定性，該處一般為固結(jié)。由于地形條件限制（如既有或規(guī)劃道路），無法在支座處設(shè)置墩柱，為避免孔跨過于凌亂，城市立交橋多采用門式墩，將箱梁橫梁外伸形成門式墩蓋梁則是降低橋梁高度的有效途徑，從力學(xué)、美學(xué)及經(jīng)濟(jì)角度考慮，都是不錯(cuò)的選擇。

2 箱梁分室

在橋面變寬段，為維持箱梁外觀在視覺上的連續(xù)性，一般保持箱梁懸臂等長，采用箱室變寬進(jìn)行擬合。中腹板定位方式采用平行外腹板和折線過渡相結(jié)合的方式，必要時(shí)可通過在個(gè)別較寬箱室增設(shè)腹板來縮小該箱室開間距離，保證結(jié)構(gòu)安全。分室同時(shí)要考慮橋面實(shí)際車道的位置，如能保證輪跡線位于腹板附近為最佳。結(jié)合彎箱梁的受力特點(diǎn)，異形箱梁外側(cè)腹板或曲線外側(cè)腹板的厚度一般設(shè)計(jì)較厚，而靠內(nèi)側(cè)的腹板、與岔道箱梁連接的腹板則相對(duì)較薄。

跨間橫隔板的布置對(duì)于保證箱梁各室的共同工作和防止多室箱梁橫斷面的畸變尤為重要。本例跨徑及橋?qū)捑^小，可不設(shè)跨間橫隔板。對(duì)于橋?qū)捿^大、箱室較多（一般3個(gè)或以上）時(shí)，宜根據(jù)跨徑加設(shè)一道或多道跨間橫隔板，以增強(qiáng)箱梁橫向剛度。

3 異形梁分聯(lián)

由于異形梁平面的不規(guī)則性，且多為分叉或變寬，結(jié)構(gòu)受力十分復(fù)雜，故異形梁的分聯(lián)不宜過長，一般為60～90m，孔跨不宜過多，一般為3～4跨，采用2跨或5跨以上情況則相對(duì)較少。為保證伸縮縫與梁垂直或不出現(xiàn)折線橫梁，往往將分叉或變寬部分劃在同一聯(lián)內(nèi)，以減少同一工程范圍內(nèi)異形梁聯(lián)數(shù)。

從圖1可見，第2聯(lián)及第6聯(lián)異形梁匝道部分梁長較長，致使結(jié)構(gòu)質(zhì)心與形心偏離較遠(yuǎn)，在支承位置相對(duì)固定的情況下，對(duì)異形梁整體穩(wěn)定性不利；尤其是匝道梁剛度相對(duì)異形梁主體部分較弱，導(dǎo)致匝道梁受力環(huán)境較差。從結(jié)構(gòu)安全和受力合理上考慮，宜將第2聯(lián)異形梁匝道部分的末端2孔斷開，將其劃分給相鄰的下一聯(lián)，斷開處可設(shè)T形墩，如受橋下被交道凈空限制無法設(shè)置蓋梁，也可采用I形墩，同時(shí)箱梁端設(shè)置牛腿進(jìn)行過渡。第2聯(lián)重新分聯(lián)后平面布置見圖2。

圖2 第2聯(lián)異形箱梁重新分聯(lián)后平面布置圖

同理，宜將第6聯(lián)異形梁匝道部分的末端1孔從門式橫梁中心斷開，劃分給相鄰的下一聯(lián)，門式墩柱頂根據(jù)橫梁布置做順橋向局部擴(kuò)頭，原來放1個(gè)支座的地方改放2個(gè)并排支座，伸縮縫僅在橋面范圍設(shè)置，第6聯(lián)異形箱梁重新分聯(lián)后平面布置見圖3。

圖3 第6聯(lián)異形箱梁重新分聯(lián)后平面布置圖

結(jié)構(gòu)計(jì)算表明，重新分聯(lián)后，上述2聯(lián)異形梁的結(jié)構(gòu)形心更靠近其質(zhì)心，對(duì)支座沉降及溫度變化等適應(yīng)性增強(qiáng)，梁體穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)受力大為改善。

4 結(jié)構(gòu)計(jì)算

采用橋梁博士v3．2的斜彎橋模塊做異形梁的結(jié)構(gòu)計(jì)算，同時(shí)采用3D－BSA’2006對(duì)比分析計(jì)算。對(duì)于此類異形箱梁的結(jié)構(gòu)計(jì)算，目前設(shè)計(jì)院最常用的是梁格法，因?yàn)闊o論從工作效率、還是保證工程可靠度方面考慮，梁格法都是首選。

在箱梁橫向劃分梁格時(shí)，一般根據(jù)漢勃利提出的原則，即應(yīng)當(dāng)使劃分以后的各工形的形心大致在同一高度上［1］。對(duì)于有腹板的箱型、T形梁橋，其梁格模型中縱向主梁的個(gè)數(shù)應(yīng)當(dāng)是腹板的個(gè)數(shù)。對(duì)于實(shí)心板梁，縱向主梁的個(gè)數(shù)可按計(jì)算者意愿決定［2］。按此原則劃分，可使計(jì)算結(jié)果更接近于實(shí)際值。

由于主橋與匝道橋分（合）段的門式墩共設(shè)置了3個(gè)支座，且間距相差較大，由活載作用下的相互影響造成橫梁各支點(diǎn)受力不均，出現(xiàn)超載或脫空現(xiàn)象。以第3聯(lián)8號(hào)墩橫梁為例，見圖4。

圖4 第3聯(lián)8號(hào)墩橫梁立面圖

出于景觀上考慮，1，2號(hào)墩柱采用主橋柱間距，且1，2，3號(hào)墩柱在材料、尺寸外觀等方面一致。計(jì)算表明，由于1，2號(hào)墩柱較2，3號(hào)墩柱距離小很多，在運(yùn)營狀態(tài)下，2號(hào)墩支座出現(xiàn)超載情況，1號(hào)墩柱支座出現(xiàn)負(fù)反力，即所謂的支座脫空。從結(jié)構(gòu)安全考慮，本次在蓋梁上部1～2號(hào)墩柱之間加了預(yù)應(yīng)力束1，利用預(yù)應(yīng)力筋1產(chǎn)生的次反力消除部分2號(hào)墩支座的支反力，從而達(dá)到1，2號(hào)墩支座均勻受力的目的。

5 結(jié)語

由于預(yù)制結(jié)構(gòu)的構(gòu)件種類繁多、模板復(fù)雜及施工麻煩，故異形橋多采用現(xiàn)澆連續(xù)板或多室箱異形梁，就是利用其整體性好、翼緣伸臂長、結(jié)構(gòu)抗扭剛度大、外觀簡(jiǎn)潔、建筑高度小和便于用梁格法分析的優(yōu)點(diǎn)。適宜的孔跨布置、分聯(lián)點(diǎn)選取及箱室構(gòu)造在異形梁設(shè)計(jì)中尤為重要，可以大大降低設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)計(jì)算的難度，并減小后期使用的維護(hù)費(fèi)用。這些均沒有現(xiàn)成的規(guī)章可循，需要設(shè)計(jì)者在實(shí)際工作中不斷地總結(jié)和摸索。

［1］ 漢勃利 E C．橋梁上部構(gòu)造性能［M］．郭文輝，譯，北京：人民交通出版社，1982．

［2］ 孫廣華．如何用梁格法計(jì)算曲線梁橋［J］．橋梁，2006（5）：36－39．