单孔双悬臂现浇梁桥的设计与分析

张松涛

（广州市市政工程设计研究总院 广东广州 510000）

概述

在中小跨径桥梁设计中常用到简支梁桥的形式，但是简支梁桥在跨径加大的同时，跨中弯矩显著增大，从而造成简支梁的截面尺寸，结构自重，材料用量的增大。尤其是当桥位处道路控制标高较低而水利条件控制的桥梁梁底标高较高时，这将直接导致简支梁的梁高过大而受到限制且不再适用。悬臂梁桥由于悬臂端的设置而产生支点负弯矩，支点负弯矩对于跨中正弯矩产生了卸载作用，大大减小了跨中正弯矩的大小，从而相应减小了跨中部位的梁高。因此，悬臂梁桥对于梁高受限的桥梁不失为一种可行的解决方案。

本文以某工程单孔双悬臂预应力混凝土现浇梁桥（跨径组合为：11m+36m+11m=58m）为例，通过对其结构设计思路及主要技术特点的阐述，并结合桥梁总体设计、结构设计以及有限元计算结果，分析并总结问题，并提出相关建议。

1 结构设计要点

单孔双悬臂梁桥的跨径以及梁底标高的确定应根据通航净空（对于有通航要求的桥梁）、桥底行车净空（对于跨线桥）以及考虑水利、规划等部门的意见，并结合地形、地质等要求确定。在考虑以上因素之后，可以尽量按照单孔双悬臂梁桥的受力特点，以其弯矩包络图面积最小为原则来确定边孔和中孔的跨径划分，从而达到受力较小，最大程度节约用料的目的。

对于箱型截面主梁，可以通过适当加长其边孔悬臂端的长度，保证中孔的跨中正弯矩值和支点的负弯矩值大致相等，从而充分发挥混凝土材料的受压性能。但是依据经验，边孔的悬臂长度不能大于中孔长度的1/2倍。通常，对于普通钢筋混凝土单孔双悬臂箱梁桥，其边孔悬臂长度可取（0.3～0.4）L（L 为中孔跨径），支点梁高 H=（1/12～1/15）L，跨中梁高取h=（1/2～1/2.5）H；对应于预应力钢筋混凝土结构，其边孔悬臂长度可取（0.4～0.5）L，支点梁高 H=（1/15～1/18）L，跨中梁高取 h=（1/2～1/2.5）H。

单孔双悬臂梁桥与多孔简支梁桥相比，单孔双悬臂梁桥在桥墩上只需设置单排支座，从而可以减小桥墩尺寸，也可以达到节约材料用量的目的。

但是，当其悬臂端长度过长时，活载产生的挠度增大，行车时跳车现象严重，这直接导致桥梁与路堤的连接构造容易遭到损坏。而悬臂端长度过短，在活载的作用下，边支点容易出现负反力，此时应采取设置平衡重物或设置拉力支座等措施。

2 桥梁总体设计

2.1 主要技术标准

本工程道路等级为城市次干道，道路宽度为30～37m，设计车速40km/h，采用双向6车道。设计荷载按照公路-Ⅰ级考虑，同时按城镇郊区行人密集的公路桥梁考虑人群荷载为3.45kN/m2。结构设计基准期为100年，地震基本烈度为Ⅶ度，设计基本地震加速度为0.10g。

2.2 设计要点

桥梁设计按服从所建道路总体规划的原则进行。桥梁总宽为“所在道路宽度（37m）+两侧花槽宽度（2×0.6=1.2m）=38.2m”。桥梁跨径的选择综合考虑结构桥孔布设的合理性，并且与水利、地质、地形等相协调，同时满足规划和现状的河涌宽度要求，因此桥梁跨径定为11m+36m+11m=58m。梁底最低标高均高于“河涌的设计防洪水位+安全超高”，阻水比满足水利要求。

桥梁结构采用现浇预应力混凝土单孔双悬臂连续箱梁桥，边中跨比合理，跨中建筑高度小，桥墩处梁的高度大，受力明确，结构安全。梁底呈抛物线型变化，线型流畅美观，形似大鹏展翅，与桥下的河涌景观协调一致。

图1 单孔双悬臂梁桥立面图

3 结构设计

上部结构采用现浇单孔双悬臂预应力混凝土连续箱梁，跨径组合为11m+36m+11m，桥宽为38.2m，按双幅桥设计，左右幅桥之间设置后浇带，单幅桥宽19.1m，采用单箱五室型横断面。

单孔双悬臂现浇梁采用变高度箱梁，梁高为1.1～2.2m，相比于同跨径简支梁桥，跨中梁高大大减小，梁底均按抛物线变化。腹板厚度随着剪力的增大而从跨中向支点逐渐加大，中跨腹板厚度为45～60cm。考虑到悬臂段需要施加压重措施，悬臂段腹板厚度设计较厚，为60～90cm。底板的厚度随着负弯矩的增大而逐渐从跨中向支点逐渐加大，底板厚度设置为22～55cm。中墩墩顶横梁宽度为2.4m。为了减少跨中弯矩，增大了悬臂端的压重，在悬臂端部设置了较大尺寸的端横梁，横梁宽度为1.5m，高度为2m。为减轻中跨自重，每幅桥在跨中处一定范围内取消其中两个箱室的底板。

箱梁采用纵向预应力体系，按全预应力混凝土构件设计。纵桥向预应力钢束均采用φS15.2高强度低松弛钢绞线，钢绞线标准强度fpk=1860MPa，均采用两端张拉。钢束采用平、竖弯结合布置。预应力管道均采用塑料波纹管，真空压浆工艺灌浆。

对于双幅桥，其左右幅桥中间翼板上均设置1.0m宽混凝土后浇带。左、右半幅桥为独立施工，待各自钢束全部张拉完毕拆除支架后，再浇筑后浇带混凝土，将其连成整体。

桥墩采用扁墩形式，桩柱之间通过承台转换。同一轴的承台间设置了系梁相连。每根墩柱下均连接一根φ180cm桩基，采用钻孔或冲孔灌注桩。

在悬臂梁端下设置了桩柱式桥台，桥台两侧背墙延伸出桥梁范围2m左右，起到挡土作用。桥台台帽基础可利用施工支架的基础（即φ60钢管桩）。桥台施工完成后可做为施工临时支承再浇筑上部梁体混凝土。台帽顶的施工临时支承须随施工支架一并拆除，确保梁端自由不受约束。

为克服桥台台后填土沉降、减轻桥头跳车，改善行车条件，桥台后均设有搭板。搭板每块长5m（垂长），厚0.3m，搭板的宽度与桥面行车道的宽度相同。为防止搭板沿纵向滑移，造成桥头凹坑，在搭板与凹槽之间布设竖直锚栓。

本工程桥台、桥墩全部采用桩基础，直接将上部结构力传递给桩底持力层。桥台仅起侧面挡土作用，不承受上部荷载，因此仅有自重作用在堤岸上，故对堤岸稳定性的影响很小。

悬臂梁端与背墙间设置有单缝模数式伸缩缝，伸缩量为50mm，在设置伸缩缝处，人行道、人行栏杆与桥面铺装均要断开。

4 上部结构计算分析

利用有限元分析软件桥梁博士V3.3.0对单孔双悬臂梁桥进行整体分析，本桥结构计算共划分56个单元，其中桥面单元36个，全桥结构计算简图如图4。

模型按照实际情况考虑了一期恒载、二期恒载、收缩徐变、温度荷载、支座沉降和人群荷载等，汽车荷载按照单向三车道计算并考虑了冲击系数。箱梁截面按照规范取截面有效翼缘宽度计算（见表 1）。

整体计算结果显示，11m+36m+11m单孔双悬臂预应力混凝土梁桥受力性能良好，应力处于较低水平，各阶段受力满足规范要求。

5 结语

在中小跨径桥梁设计中，当桥梁的梁高受到其他因素的限制而不宜过高的时候，悬臂梁桥由于其自身的受力特点而具有优势，因而在桥梁设计中应给与必要的重视。同时应该注意到，悬臂梁桥的悬臂端过长或者过短均会造成桥梁与道路衔接部位的构造容易损坏，因此悬臂梁桥较适用于设计行车速度相对不大的桥梁。在桥梁的设计中，还应该注重选取合理的桥梁跨径组合，同时采取有效的措施来有效避免其与道路衔接部分的不良影响。

表1 11m+36m+11m单孔双悬臂预应力混凝土梁桥计算结果

[1]《城市桥梁设计规范》（CJJ 11-2011）[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[2]《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2015.

[3]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2004.

[4]邵旭东，顾安邦，等.桥梁工程（第二版）[M].北京：人民交通出版社，2007：72～73.