浅谈小箱梁结构的合理利用

■宋阳运 ■上海千年城市规划工程设计股份有限公司，上海市 201108

桥梁结构，特别是随着近代新技术、新材料、新工艺(混凝土、预应力、挂篮等)的引入，对桥跨、桥型等发生了革命性的改变。桥梁结构形式的多样性是现代科技赋予的时代性;现实桥型的合理选择利用是人们智力与经济发展的集中体现。

桥梁工程师在现代的桥梁设计时，就要紧密结合现场实际情况，深入分析当地经济发展形势，提出符合技术先进、安全适用、经济合理、结构美观的设计方案。以下结合具体工程项目，阐述小箱梁结构在实际工程中的合理利用。

论述观点:⑴适合现场建设条件;⑵施工条件的可操作性;⑶结构使用的继承并创新;⑷类似工程的可推广性。

笔者在实例中主要承担上部结构主梁绘制，计算的工作任务，解决了非标准跨径主梁钢束布置，桥墩防撞计算及防撞措施设计等结构问题。

1 工程概况

上海市金山区亭林镇紫石泾4号桥，需跨越紫石泾，现状河口宽度约50m，规划河口宽50m，该河道通航等级Ⅵ级，通航净宽为31m，净高为4.5m，最高通航水位为3.55m;梁底控制标高经区水务局、区航务所等单位协调后采用梁底控制标高≥8.05m。

根据以上条件并结合现场情况存在以下几个主要问题:

⑴现状河口及规划河口均较宽，且为通航河道，若河道中设置桥墩应考虑桥墩防止船舶撞击对桥梁安全性的影响;

⑵桥梁中跨要求不小于35m;

⑶结合现场情况及航务部门要求，施工期间不能影响航道船只正常通行，大型施工机械无法进场;

⑷资金投入有限要求桥梁结构选型简单，易操作，尽量节约投资;

⑸桥梁梁底控制标高及通航净高较高，致使桥梁接坡困难，综合考虑引桥与高填路基的比较选择使用。

2 主要技术标准

⑴设计荷载:公路-Ⅱ级，人群荷载3.5kPa;

⑵设计安全等级:一级;

⑶河道要素:现状河口宽约50m，规划河口宽度50m，河道通航等级Ⅵ级，通航净宽为31m，净高为4.5m。

3 小箱梁结构利用论述

3.1 结构选型

针对本工程实例存在的主要问题，桥梁结构经综合考虑后:主跨结构采用先简支后连续小箱梁结构，引桥采用先张法空心板结构;桥梁孔跨布置22m+22m+(28+40+28)m+22m+22m，桥梁总长为184m，桥梁结构如图1所示。

图1 桥梁立面图

简支变连续小箱梁结构针对本工程特点的优点:

⑴主梁结构采用工厂预制，质量有很好的保障，能与下结构施工平行实施，缩短施工工期。

⑵同跨径小箱梁结构较T梁结构，梁高较低，在满足航务要求的同时建筑结构相对较小，较少了台后接坡的难度和工程投资。

⑶小箱梁结构较现浇结构，单位面积经济性好。

⑷现场施工场地建设条件较差，预制小箱梁结构提高了工程的可操作性。

⑸引桥选择采用跨度较大的先张法空心板结构，在高填路基与桥梁结构从施工难度、经济性等方面选择一平衡点合理布置跨径，从而得到资金合理充分利用的最大化。

⑹本实例中跨简支变连续等高小箱梁结构，在继承既有通用结构的基础上，创新的缩短了边跨结构，对整个工程的经济性来说，有很好的优化效果。

3.2 小箱梁结构的合理利用

现行桥梁预制结构通用图均为等跨布置，若按通用图结构，同时为满足中跨通航要求，桥梁主跨需布置为3×40m先简支后连续小箱梁结构;如采用此类通用结构布置一方面造成投资量大，资源浪费，另一方面更有生搬硬套之嫌，不符合现行的桥梁设计原则(技术先进、安全适用、经济合理)。

本工程实例从结合实际现场情况及航务、水务部门要求出发，以安全适用、经济合理为桥梁设计原则，在继承原通用孔跨3×40m先简支后连续小箱梁结构基础上，孔跨布置优化调整为28m+40m+28m，边跨与中跨跨径比为0.7，梁高均采用与中跨40m相同一致，即梁高为2.0m。

优化后边、中跨主梁结构通过钢束布置设计，墩顶负弯矩钢束调整，经过桥梁博士设计软件计算后均符合规范要求。以下列出通用结构钢束使用量与优化后钢束使用量对比。

从表1—钢束使用量对比可以得出优化后主梁结构钢束使用量减少1236.3kg，优化钢束量约25%。

表1 钢束使用量对比

以下列出优化后结构分析过程及结论。

3.2.1 优化后结构分析过程

⑴截面极限承载能力验算

图2 承载力包络图

计算结果表明验算截面的设计弯矩均小于截面极限承载弯矩。满足设计规范要求。

⑵使用阶段应力验算

使用阶段正截面抗裂验算

图3 短期效应组合上下缘应力包络图

按A类预应力混凝土构件计算要求:在短期效应组合下σst-σpc≤0.7ftk=1.855MPa，计算结果满足规范规定短期效应组合下正截面抗裂的计算要求。

从上图4应力分析可知，长期组合下截面上下缘均未出现拉应力，满足按A类预应力混凝土构件计算要求。

图4 长期效应组合上缘应力包络图

使用阶段斜截面抗裂验算

图5 短期效应组合主拉应力图

通过以上计算可知，全梁各单元截面最大主拉应力为1.300MPa＜0.7ftk=0.7×2.65=1.855MPa满足A类预应力混凝土构件受力要求。

使用阶段正截面混凝土压应力验算

图6 标准组合截面上缘正应力包络图

正截面最大压力通过以上计算可知为14.207MPa＜0.5fck=0.5×32.4=16.2MPa满足预应力混凝土构件受力要求。

使用阶段斜截面主压应力验算

图7 截面主压应力

通过以上计算可知，全梁各单元截面最大主压应力为14.208MPa＜0.6fck=0.6×32.4=19.44MPa满足预应力混凝土构件受力要求。

主梁其余内容(包括刚度、挠度、预应力钢束张拉应力等)计算均满足设计规范要求，在此不再赘述。

4 主要结论

结合本工程实例，关于小箱梁的实际选型应用主要总结一下几点结论:

⑴建设条件较差，中跨要求较大，一般是通航河道，具有通航净宽要求的(一般要求中跨＞25m)，建设时又受建设资金影响，现阶段在上海郊区部分涉及航道农村桥梁改造项目中，这类情况较普遍的存在;预制小箱梁结构是首选的推荐桥型。

⑵现行通用小箱梁布置为等跨径布置，在实际应用中往往受河口宽度、地形条件等因素限制，而无法运用;本项目继承现有结构的基础上根据实际情况适当地调整边跨跨径，以符合实际项目的需求;本工程具有破砖引玉之效，其他类似项目可以借鉴使用，集聚事物的一般性和特殊性。

⑶T梁结构与小箱梁结构具有相似地经济性，但其梁高比小箱梁要高，在建筑高度受限或涉及台后接坡时，一般会摒弃T梁结构这样的桥型，而选用小箱梁结构。

⑷小箱梁结构的抗弯、抗扭刚度均较大，结构的安全性和稳定性具有很好的保障，在没有特殊景观要求时，此桥型是很好的选择。

［1］公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004).人民交通出版社，2004.

［2］桥梁防撞理论和防撞装置设计.人民交通出版社，2013.

［3］公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007).人民交通出版社，2007.