研究中小跨径桥梁设计问题

王 翔

(山西交通控股集团有限公司，山西 太原 030006)

1 上部结构形式选择

对于中小跨径的桥梁，其上部结构形式常用的有以下几种：其一，预应力混凝土连续T梁；其二，先简支后连续预应力混凝土箱梁；其三，预应力混凝土空心板。当桥梁跨径在20 m以内时，建议选择预应力混凝土空心板；当跨径为20～40 m时，建议选择预应力混凝土连续T梁和先简支后连续预应力混凝土箱梁。当跨径为20 m时，T梁的梁重为16 t，钢材用量为9.67 kg/m2，普通钢筋用量为111.3 kg/m2，混凝土用量为0.431 m3/m2，基价比为1.7；箱梁的梁重为24.3 t，钢材用量为11.69 kg/m2，普通钢筋用量为53.5 kg/m2，混凝土用量为0.386 m3/m2，基价比为1.4。当跨径为25 m时，T梁的梁重为21.2 t，钢材用量为11.75 kg/m2，普通钢筋用量为108.7 kg/m2，混凝土用量为0.46 m3/m2，基价比为1.7；箱梁的梁重为32.8 t，钢材用量为13.65 kg/m2，普通钢筋用量为53.4 kg/m2，混凝土用量为0.41 m3/m2，基价比为1.4。当跨径为30 m时，T梁的梁重为28.4 t，钢材用量为14.29 kg/m2，普通钢筋用量为110.2 kg/m2，混凝土用量为0.494 m3/m2，基价比为2.0；箱梁的梁重为42.3 t，钢材用量为15.99 kg/m2，普通钢筋用量为85.6 kg/m2，混凝土用量为0.434 m3/m2，基价比为1.4。当跨径为40 m时，T梁的梁重为494 t，钢材用量为22.16 kg/m2，普通钢筋用量为135.2 kg/m2，混凝土用量为0.66 m3/m2，基价比为2.5；箱梁的梁重为74.4 t，钢材用量为22.73 kg/m2，普通钢筋用量为101.0 kg/m2，混凝土用量为0.51 m3/m2，基价比为2.0。

通过对比可知，当跨径处于20～40 m范围内时，相同跨径条件下的箱梁造价低于T梁，而箱梁自重却高于T梁。由于T梁自重相对较轻，需要更多的数量，使施工周期延长，还会对美观性造成一定影响；相较于T梁，尽管箱梁的吊装重量相对较大，但所需要的数量较少，能缩短工期，并且由于工艺比较成熟，能有效保证质量及美观性，伴随我国吊装机械设备水平不断提高，吊装作业已经不再是关键问题。因此，在中小跨径桥梁设计过程中，建议优先考虑箱梁这一上部结构形式。

2 墩高和箱梁跨径之间的关系

对于中小跨径桥梁，其高度通常在40 m以内，在这种情况下，墩柱形式通常为圆柱或方柱。两者相比之下，方柱受力性能更好，但桩和柱之间的连接要采用桩帽，导致工程量明显增加；而圆柱施工比较简单，质量控制难度低，和桩之间的连接也较为简单。基于此，建议选择圆柱式墩。为了明确墩高和跨径之间的关系，以现场地勘资料为依据，可对通用图予以套用，对比和分析各跨径条件下的箱梁经济性。

经对比与分析可知：当墩高完全相同时，如果箱梁的跨径增加，则上部结构的造价水平将显著升高，但下部结构方面的造价水平将有所降低；在箱梁方案的对比设计过程中，要对包含墩高、跨径及地质等在内的各项因素进行综合考虑，以此选择出最佳的设计方案。如果平均柱高是36 m，则以40 m的跨径为宜，这样能保证经济性；如果平均柱高是30 m，则以30 m的跨径为宜，以此保证经济性；如果平均柱高在20～25 m范围内，则以25 m和30 m两种跨径为宜，以保证经济性；如果平均柱高是15 m，则以25 m的跨径为宜；而当平均柱高是10 m时，跨径基本不会对桥梁工程的造价造成影响。

3 构造要求

(1)箱梁各墩支点部位都要设置横梁，当弯箱梁内侧直径小于240 m时，还需要在胯间进行横隔板的设置，其具体的间隔距离需通过结构分析来确定。对于中支点处的横梁，其厚度应达到1.2 m以上，具体厚度大小要以构造要求等为依据来确定。而对于边支点处的横梁，其厚度要按照0.8～1.2 m的范围来控制。

(2)悬臂的长度需要以箱室数量和箱梁的总宽度为依据来确定，通常要控制在3 m以内，悬臂端部的厚度要达到0.2 m，而翼缘悬臂根部实际厚度要达到悬臂长度10%～20%。如果悬臂的长度在2.5 m以上，则需要在箱梁的顶板施加一定横向预应力。

(3)腹板支点处实际厚度大小要达到构造及截面抗剪强度要求，建议按照0.6～0.8 m的范围控制。跨中处的厚度需要达到钢筋设置基本要求，一般要控制在0.4～0.6 m范围内；另外，在跨中和支点间还要设置相应的过渡段，其长度应达到净跨12.5%～20%。

(4)在中小跨径桥梁中，其箱梁以等截面形式的连续箱梁为主，既可以等跨布置，也可以不等跨布置，当桥梁长度较大或采用顶推法进行施工时，建议进行等跨布置，而由于地形或地质等方面的因素影响无法进行等跨布置，则为了防止边跨支点反力降低，需将边跨和中跨的比值控制在0.7～1.0以内，并优先考虑支腹板或者是斜腹板的形式。若为了满足景观方面的要求而采用截面相等的连续箱梁形式时，往往进行不等跨布置，此时需将边跨和中跨的比值控制在0.6～0.8以内，大多选择支腹板的结构形式。当桥面宽度在18 m以内时，以单箱单室箱梁为宜，而当桥面宽度在18～25 m范围内时，以单箱双室箱梁为宜，设置单箱的过程中，如果宽度在10 m以上，要考虑采用多箱的形式。另外，为满足在箱梁中进行模板设置而提出的要求，需要使箱梁的梁高达到1.3 m以上。

(5)顶、底板实际厚度都要满足钢筋保护层方面的要求，对于板中厚度，应达到0.2 m以上，同时不能小于箱梁净跨径3%。

(6)在箱梁钢束布置过程中，要综合考虑包含构造尺寸、施工方法和受力要求等在内的项目，防止结构内产生次内力，如果使用了不当的钢束与锚具，将导致结构尺寸明显增大。通常情况下，要先对钢束截面大小进行估算，然后再通过计算确定钢束的数量。由于箱梁支点处受到的剪力与弯矩都相对较大，故横隔梁的配筋要通过计算来确定。对于箱梁上的普通钢筋，除了腹板上的箍筋需要通过计算来确定，其它均按照构造要求来配置。在实际的设计过程中，每个截面上的预应力都要有一定安全储备，做好普通钢筋的配置，保证箱梁整体耐久性，以免在使用时产生安全隐患。

4 结 语

综上所述，在中小跨径桥梁工程的设计过程中，考虑到箱梁外形良好、经济合理、刚度大和性能突出，故应作为首选上部结构形式来考虑。在实际的箱梁设计过程中，首先要确定适宜的截面尺寸及跨径布置，预留一定预应力储备，在控制断面，不可只对主拉应力进行控制，还要高度重视抗剪强度分析和验算，以受力要求为依据对板底钢筋布置予以合理设计，以此在保证结构安全的基础上，延长其使用寿命，避免在箱梁使用时产生开裂等问题。