劉凱舟 呂峰咸 呂凌其
(中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司,陜西 西安 710000)
公路設(shè)計中,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,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,交通的干擾,施工的復(fù)雜性。
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。又因為裝配方便,省去了大部分臨時支撐,更加提高了施工安全性與經(jīng)濟性。
但由于裝配式板梁的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計只針對等寬度橋梁,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)計成本。擬合手段可采用:1)翼緣板及護欄調(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。
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。
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R詢H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)計角度改變量ΔA可由下式計算:
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)重新計算強度,增加橋面最寬處為驗算截面。
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。
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算設(shè)計加強措施。
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。
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。這點來說,T梁比小箱梁更具有優(yōu)勢。
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)驗總結(jié)了兩種方法的設(shè)計要點,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是,裝配式結(jié)構(gòu)解決變寬橋問題,是為了方便設(shè)計與施工,提高橋梁經(jīng)濟性,可靠性與安全性。不應(yīng)為了做裝配式而做裝配式,設(shè)計前應(yīng)有充分的比較論證。