魏 霞，丁 潔，李雪松，干學(xué)軍，鄒瑩雪

(1.湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，武漢 430051；2.湖北省城建設(shè)計(jì)院股份有限公司，武漢 430051；3.武漢理工大學(xué)硅酸鹽建筑材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430070)

公路設(shè)計(jì)中的橋梁設(shè)計(jì)是保證公路暢通的重要因素之一[1]。橋梁上部結(jié)構(gòu)型式繁多，有標(biāo)準(zhǔn)化裝配式預(yù)制結(jié)構(gòu)、現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu)、鋼箱梁結(jié)構(gòu)、大跨徑斜拉懸索結(jié)構(gòu)等[2]。橋梁設(shè)計(jì)時(shí)主要從設(shè)計(jì)、施工兩方面考慮，在滿足結(jié)構(gòu)受力要求的前提下，綜合考慮后期方便施工、縮短建設(shè)周期、節(jié)約造價(jià)等因素選擇合適的上部橋梁結(jié)構(gòu)型式[3]。標(biāo)準(zhǔn)化裝配式結(jié)構(gòu)是綜合各種因素的首選橋梁上部結(jié)構(gòu)型式，一般對(duì)于40 m以下跨徑橋梁，上部結(jié)構(gòu)優(yōu)先選擇預(yù)制結(jié)構(gòu)[4]。但是，預(yù)制結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也有局限性，預(yù)制結(jié)構(gòu)在曲線上的應(yīng)用受到曲線半徑的限制。在曲線梁橋的設(shè)計(jì)中，上部結(jié)構(gòu)的布梁方式、上部結(jié)構(gòu)布梁對(duì)下部結(jié)構(gòu)的影響是設(shè)計(jì)中經(jīng)常忽視的問(wèn)題。曲線橋梁布梁方式分為兩類：平行布置和徑向布置，每種布梁方式又因?yàn)槠苹€的不同，會(huì)出現(xiàn)不同布梁結(jié)果。

1 墩臺(tái)平行布置

采用平行布置時(shí)全橋墩、臺(tái)中心線均平行。多跨平行布梁又可以分為相對(duì)于橋臺(tái)中心線偏移、相對(duì)于橋墩中心線偏移等方式。

1.1 相對(duì)于橋臺(tái)中心連線偏移

相對(duì)于橋臺(tái)中心連線偏移是以橋臺(tái)中心連線為布梁基線，根據(jù)梁間距偏移梁板，布梁基線為一條直線，即彎橋直做，如圖1所示。采用此方法布梁，全橋梁板平行，各跨梁與墩臺(tái)夾角a相同，下部結(jié)構(gòu)尺寸相同。但當(dāng)橋跨較長(zhǎng)時(shí)，外邊梁懸臂長(zhǎng)度相比較標(biāo)準(zhǔn)斷面懸臂長(zhǎng)度變化值較大(矢高較大)。

1.2 相對(duì)于墩中心連線偏移

相對(duì)于墩中心連線偏移是以相鄰墩臺(tái)中心線連線為布梁基線，布梁基線是幾條折線組成，即彎橋折做，如圖2所示。全橋各跨梁板長(zhǎng)度相同，施工時(shí)只需要一套模板即可，每跨梁片與墩臺(tái)夾角各不相同,且半徑越小，各跨梁體和墩臺(tái)線夾角差別越大。

1.3 墩臺(tái)處梁體的錯(cuò)臺(tái)

相對(duì)于墩中心連線偏移時(shí)，相鄰梁跨之間對(duì)應(yīng)梁片存在錯(cuò)臺(tái)，原因是偏移是按照兩梁之間正距偏置，在橋墩處由于兩聯(lián)與橋墩線夾角a不同，梁之間間距也不等。下構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，注意墩臺(tái)擋塊布置及橋墩蓋梁長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生變化。

1.4 兩種布梁方式邊梁懸臂的差別

相對(duì)于橋臺(tái)連線偏移和相對(duì)于橋墩連線偏移兩種布梁方式布梁，內(nèi)外邊梁的懸臂長(zhǎng)度變化不同。表1中以500 m平曲線半徑，上部構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)跨徑16 m，懸臂長(zhǎng)度為100.0 cm布梁為例，列出兩種布梁方式下邊梁外懸臂最大和最小值。

表1 不同布梁方式邊梁懸臂長(zhǎng)對(duì)比

從表1中可以看出，橋跨較長(zhǎng)時(shí)，相對(duì)于橋臺(tái)連線偏移布梁，會(huì)使曲線內(nèi)外邊梁懸臂相比較標(biāo)準(zhǔn)懸臂長(zhǎng)變化較大。故當(dāng)多跨橋梁平行布梁時(shí)，半徑較大，單跨布梁時(shí)，可采用相對(duì)于橋臺(tái)中心連線偏移方式；當(dāng)半徑較小時(shí)，多跨布梁時(shí)，可采用相對(duì)于墩中心連線偏移方式布梁。平行布梁方式不適用于橋跨較長(zhǎng)時(shí)布梁。平行布梁需要模板較少，對(duì)上構(gòu)預(yù)制施工來(lái)說(shuō)是最方便的布梁方式。但是下構(gòu)標(biāo)高及橋面標(biāo)高計(jì)算復(fù)雜，橋面橫坡均為縱坡和橫坡的合成坡度；橋梁長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，為了和路線整體相符，必須彎橋折做，此時(shí)會(huì)造成墩臺(tái)尺寸長(zhǎng)短不一，給設(shè)計(jì)和施工增加難度。

2 墩臺(tái)徑向布梁

徑向布置即各墩臺(tái)軸線垂直于路線設(shè)計(jì)線，由于曲率半徑的影響，徑向布置時(shí)，同一孔跨中各片梁長(zhǎng)不相等，半徑越小內(nèi)外梁長(zhǎng)差越大。

徑向布置可以分為相對(duì)于橋臺(tái)中心連線偏移、相對(duì)于墩中心連線偏移和相對(duì)于路線中心線偏移幾種方式，圖3、圖4、圖5分別給出了三種布梁方式的布梁平面圖。三種布梁方案在各跨梁長(zhǎng)、梁體與墩臺(tái)夾角、梁體在墩臺(tái)處距離有一些相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，表2列出了三種布梁方式在這三方面的區(qū)別。圖表中的B值為梁體橫向間距。

表2 不同徑向布梁方式下對(duì)比

由表2可知，對(duì)于徑向布梁時(shí)，相對(duì)于橋臺(tái)連線偏移這種方式會(huì)使每片梁長(zhǎng)各不相同，下部墩臺(tái)尺寸也會(huì)各不相同，且這種方式布梁，邊梁外懸臂變化最大。故不推薦采用此種布梁方式。

采用相對(duì)于墩中心連線偏移時(shí)，特別是平曲線曲率變化較大時(shí)，可能導(dǎo)致下部墩臺(tái)蓋梁長(zhǎng)度不同，故一般也不推薦采用。

徑向布梁時(shí)，最常采用的是相對(duì)于路線中心線偏移方式，這種方法布梁，會(huì)使各跨對(duì)應(yīng)梁片長(zhǎng)度相同，梁片與墩臺(tái)夾角相同，下部各墩臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸相等。故在實(shí)際工程中，應(yīng)采用此方法。

3 徑向布梁時(shí)矢高在實(shí)際工程中處理方式

3.1 半徑小、矢高大時(shí)布梁方式

工程實(shí)際中，曲線梁橋多采用徑向布梁方式。曲線橋布梁會(huì)存在矢高。半徑越小，矢高越大，矢高會(huì)造成外邊梁懸臂長(zhǎng)度過(guò)大，內(nèi)邊梁懸臂過(guò)小。實(shí)際布梁時(shí)，為避免內(nèi)外邊梁懸臂長(zhǎng)度差值過(guò)大，布梁時(shí)會(huì)采用偏移1/2矢高的方式布置，如圖6所示。

先把布梁基線向曲線外側(cè)偏移1/2矢高作為布梁基線，采用此方法布梁內(nèi)外懸臂變化會(huì)縮小。以平曲線半徑500 m，橋跨為3×30 m，邊梁外懸臂標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為100.0 cm為例，采用兩種布梁方式懸臂長(zhǎng)度比較見(jiàn)表3。

表3 不同布梁方式邊梁懸臂長(zhǎng)對(duì)比

從表3中可知，偏移1/2矢高后布梁，將會(huì)使內(nèi)外邊梁懸臂差值縮小，減小預(yù)制梁外懸臂的變化幅度。

3.2 偏移1/2矢高布梁時(shí)注意事項(xiàng)

偏移1/2矢高作為布梁基準(zhǔn)線布梁后，上部構(gòu)造梁體整體向曲線外側(cè)偏移，此時(shí)邊梁和擋塊之間距離C1、C2會(huì)發(fā)生變化，C1會(huì)縮小，C2會(huì)增大，見(jiàn)圖7。如果仍然按照標(biāo)準(zhǔn)斷面時(shí)的下部構(gòu)造尺寸設(shè)計(jì)，會(huì)造成C1過(guò)小，而C2過(guò)大。此時(shí)應(yīng)將下部構(gòu)造向曲線外側(cè)偏移1/2矢高，才能保證梁體與擋塊之間間隙足夠；或是外側(cè)擋塊位置外移，加長(zhǎng)蓋梁長(zhǎng)度。

3.3 外懸臂處理方式

為適應(yīng)路線平面線型，曲線橋布梁后，內(nèi)外邊梁懸臂會(huì)出現(xiàn)每個(gè)斷面均不等的情況，實(shí)際工程中，通常采用兩種調(diào)整方式滿足平面線型。一是通過(guò)調(diào)整護(hù)欄滿足線型要求，這種方法預(yù)制梁體時(shí)，外懸臂可采用等值預(yù)制，方便施工，但是會(huì)增加橋?qū)?，這種方法一般在半徑較大，懸臂長(zhǎng)度變化較小時(shí)采用；二是通過(guò)預(yù)制外邊梁時(shí)按照實(shí)際懸臂長(zhǎng)度預(yù)制，此種方法預(yù)制模板復(fù)雜。

3.4 徑向布梁時(shí)弦弧差處理

徑向布梁時(shí)，雖然各跨對(duì)應(yīng)梁片梁長(zhǎng)相同，但是同一跨徑內(nèi)，內(nèi)外梁片梁長(zhǎng)不同。工程實(shí)際中，通常采用兩種方式解決梁長(zhǎng)不相等的問(wèn)題。

1)預(yù)制梁長(zhǎng)相同，采用濕接縫和封錨端調(diào)整梁長(zhǎng)

此時(shí)同一跨內(nèi)各梁預(yù)制梁長(zhǎng)L相等，所需模板較少，上構(gòu)施工方便。但是墩頂現(xiàn)澆濕接縫長(zhǎng)度C和封錨端長(zhǎng)度B各梁均不相等，濕接縫長(zhǎng)度為扇形。為保證臨時(shí)支座或是永久支座到預(yù)制梁端距離，會(huì)出現(xiàn)下構(gòu)墩臺(tái)蓋梁寬度曲線內(nèi)外側(cè)不相等情況，內(nèi)側(cè)所需寬度小，外側(cè)所需寬度大。

這種方式處理梁長(zhǎng)變化，預(yù)制梁體時(shí)較為方便，但是下部構(gòu)造設(shè)計(jì)與施工均較復(fù)雜。

2)封錨端和濕接縫長(zhǎng)度不變，改變預(yù)制梁長(zhǎng)調(diào)整

通過(guò)調(diào)整預(yù)制梁長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)梁長(zhǎng)變化時(shí)，封錨端和墩頂濕接縫長(zhǎng)度保持不變，但是同一跨各公路常規(guī)橋梁的設(shè)計(jì)預(yù)制梁長(zhǎng)均不相同。這種方式實(shí)現(xiàn)梁長(zhǎng)變化時(shí)，因?yàn)轭A(yù)制梁長(zhǎng)的不停變化，會(huì)使預(yù)制梁種類較多，施工時(shí)應(yīng)對(duì)預(yù)制梁體進(jìn)行編號(hào)，否則安裝梁體時(shí)會(huì)混亂。但是這種方式布梁，下部構(gòu)造尺寸相同，下構(gòu)施工設(shè)計(jì)較方便。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)以上討論，當(dāng)半徑較大，橋長(zhǎng)較短時(shí)，可以采用平行布梁方式；當(dāng)橋長(zhǎng)較長(zhǎng)時(shí)，一般推薦徑向布梁，且宜采用路線中心線為基線進(jìn)行偏移，當(dāng)半徑較小時(shí)，為減小內(nèi)外梁長(zhǎng)差和邊梁懸臂變化值，可將基線偏移1/2矢高進(jìn)行布梁。

當(dāng)橋?qū)捿^窄時(shí)，允許采用預(yù)制結(jié)構(gòu)的曲線半徑較??；橋?qū)捿^寬時(shí)，允許采用預(yù)制結(jié)構(gòu)的曲線半徑較大。設(shè)計(jì)時(shí)不能因?yàn)榍€半徑的過(guò)小而放棄預(yù)制梁結(jié)構(gòu)，還應(yīng)結(jié)合路幅寬度、橋梁跨徑綜合考慮。

標(biāo)準(zhǔn)化裝配式預(yù)制上部結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量可靠，建造周期短，預(yù)制上部結(jié)構(gòu)梁體時(shí)可以同時(shí)施工下部結(jié)構(gòu)橋墩樁基，相比現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，節(jié)省工期且節(jié)約造價(jià)。實(shí)際設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量采用預(yù)制結(jié)構(gòu)并根據(jù)實(shí)際平曲線半徑、橋梁長(zhǎng)度、橋?qū)掃x擇合適的布梁方式布梁。