常用跨径桥梁上部结构优化设计研究

赵家徐

【摘要】随着交通事业发展，社会环保意识增强，人们审美标准提高，这对桥梁设计提出了更高要求。在常用跨径桥梁上部结构设计中，应将理论与项目实际相结合，综合考虑桥梁设计、施工、造价和景观等方面，通过对各个阶段分析与把控，选择和优化桥梁方案与构造。结合安徽地区实际情况，从上部结构类型分析、选择和优化等方面阐述与分析，为桥梁设计者提供一点借鉴和帮助。

【关键词】常用跨径;桥梁;上部结构;优化设计

在实际项目工作中，我们遇到大多数桥梁为常规跨径桥梁，根据《公路桥涵设计通用规范JTG D60-2015》规定：“对于桥梁跨径在50m及以下时，宜采用标准化跨径，采用标准化跨径的桥梁宜采用装配式结构。”这要求没有特殊限制因素时，对于常用跨径桥梁上部结构设计宜尽量采用标准化跨径。因此，对于常用跨径桥梁，上部结构类型分析、选择和优化设计显得尤为重要。结合安徽地区实际工程选取情况和设计经验，拟对上部结构类型进行分析、选择和优化设计。

1、常用跨径桥梁上部结构类型分析与选择

1.1上部结构跨径：6m、8m和10m

对于跨径≤10m的桥梁，一般可采用现浇空心板或实心板结构、预制空心板结构。预制空心板因抗弯能力不足、铰缝质量不易控制、耐久性差等问题，在道路等级较高、交通量较大和荷载较大路段不建议采用，根据安徽省地方规范和设计经验，在条件和环境满足的情况下，公路桥梁设计常采用现浇空心板或实心板结构，已逐步取代预制空心板结构。对于城市桥梁，由于小型车辆较多，重载车辆相对较少，铰缝病害相对较轻，部分桥梁仍采用预制空心板结构。

1.2上部结构跨径：13m、16m和20m

对于10m<跨径≤20m的桥梁，一般可采用预制T梁、预制空心板和预制小箱梁等结构。在安徽省内常用的简支T梁结构，梁高相对部颁T梁较低，主梁间距较小，但抗弯能力部颁T梁较好。因此，对于20m跨径，需根据道路等级、荷载等级、交通量情况、桥下净空限制条件和社会经济因素综合考虑，若桥下净空受限，无重载交通，可采用省内常用的简支T梁结构;若桥下净空不受限，荷载等级较大，可采用部颁T梁结构。预制空心板因自身问题已较少采用。若此范围内跨径桥梁景观要求较高时，也可采用预制小箱梁和现浇箱梁等结构。

1.3上部結构跨径：25m、30m和35m

对于20m<跨径≤35m的桥梁，一般可采用预制小箱梁、预制T梁和现浇箱梁等结构。从设计、施工、造价和美观上对小箱梁和T梁优缺点分析与比较：

从设计角度选择：小箱梁相对于T梁，梁高相对较低，整体性更好，抗扭刚度大，桥梁耐久性好。但T梁梁高相对较高，主梁、横梁数量较多，T梁抗弯刚度大。从受力角度上讲，小箱梁结构比T梁结构更好。

根据施工条件选用：一般山区预制T梁采用较多，相应吊装设备要求较低，预制小箱梁平原地区采用较多，相应吊装设备要求较高。另外小箱梁施工工艺较为复杂，T梁预制、脱模、吊装较小箱梁方便，但T梁腹板较薄，施工质量不易控制，吊梁稳定性较差。T梁湿接缝宽度较小，较为浪费，给钢筋焊接、绑扎施工造成不便。

从经济性上比较，两者相差不大，小箱梁略高。

从美观上看，小箱梁结构简洁、轻盈，线条流畅，行车舒适，T梁美观性不及小箱梁，因此T梁多用于对美观要求不高的桥梁，如各等级公路上的桥梁，对净空、美观有一定要求时可选用小箱梁。

结论：在省内实际项目设计过程中，预制小箱梁和部颁T梁均有采用，设计时可根据具体项目特点和要求进行选择，通常没有条件限制情况下，建议优先采用受力性能更好的预制小箱梁结构。对于部分景观要求更高、条件受限的桥梁，也可采用现浇箱梁结构。

1.4上部结构跨径：40m

对于35m<跨径≤40m的桥梁，预制小箱梁相对于部颁T梁优势不明显，反而由于每片小箱梁自重加大，加大了预制小箱梁施工吊装难度和风险。此时因为梁高的原因，部颁T梁I值较小箱梁明显增大，T梁的优势就比较明显了，采用T梁比小箱梁好。因此无特殊要求情况下，一般建议采用部颁T梁结构。

对于部分景观要求高、条件受限的桥梁，也可采用现浇箱梁或变截面连续箱梁结构。

2、常用跨径桥梁上部结构优化设计

2.1主梁间距与片数

主要针对安徽省内常用T梁、部颁T梁、预制小箱梁结构，设计时需考虑主梁的间距和片数，对全宽12m桥梁进行举例分析。如下表：

2.2主梁截面尺寸

主要针对2.1条三种结构类型的梁高、顶底板宽度、梁肋尺寸。

对于省内常用的T梁，中梁顶板宽100cm，边梁顶板宽105cm，梁肋30～40cm。梁高：85cm（13m跨径）、95cm（16m跨径）、110cm（20m跨径）。

对于部颁T梁，中梁顶板宽度170cm，边梁顶板宽度185～205cm，梁肋44～60cm。梁高：150cm（20m跨径）、170cm（25m跨径）、200cm（30m跨径）、230cm（35m跨径）、250cm（40m跨径）。

对于预制小箱梁，中梁顶板宽度240cm，边梁顶板宽度285cm，底板宽度100cm。梁高：120cm（20m跨径）、140cm（25m跨径）、160cm（30m跨径）、180cm（35m跨径）。

2.3现浇湿接缝宽度的确定

对于省内常用T梁：湿接缝宽一般为40～60cm;对于部颁T梁：湿接缝宽一般为40～70cm;对于预制小箱梁：湿接缝宽一般为40～100cm，最大宽度一般小于100cm。从经济性和方便施工考虑，湿接缝宽度不应过小，宽度超过限值时须进行结构计算。

2.4横隔梁的设置

对于省内常用T梁：每跨梁端设置1道端横隔梁，每跨跨中设置1道中横隔梁。对于部颁T梁：每跨梁端设置一道端横隔梁，中横隔梁设置道数根据T梁跨径确定，例如，跨径20m：2道，跨径25m～35m：3道，跨径40m：5道。先简支后结构连续时，连续墩处增设一道现浇中横梁。

对于预制小箱梁：简支结构时：每跨梁端设置一道端横隔梁，中横隔板设置道数根据小箱梁跨径确定，相关研究表明，30m以下跨径可不设置中横隔板，30m和35m跨径可设置1道中横隔板。先简支后结构连续时，连续墩处设置一道现浇中横梁。中横隔板和端横隔梁设置原则与简支结构相同。

3、常用跨径桥梁其他上部结构类型

3.1预应力混凝土现浇箱梁结构

实际工程上常见的现浇预应力混凝土箱梁结构，从16～50m跨径均可采用。常用于市政高架桥、匝道桥、部分公路桥梁。

3.2钢箱梁结构

适合上跨重要道路，无法中断交通，不便于满堂支架现浇的桥梁，从16～50m跨径均可采用。常用于上跨交通量较大的被交道路市政桥梁。

3.3预应力混凝土现浇箱梁与钢箱梁优缺点分析比较

3.3.1适用范围

对于现浇箱梁，综合性能较好，费用较低，适用面广;交通枢纽处、造型复杂、主线与匝道层叠过多处施工难度较大。对于钢箱梁，一般适用于不便于断行封闭的交通枢纽处，适用于造型复杂、主线与匝道层叠过多处。

3.3.2材质方面

对于现浇箱梁，与钢箱梁相比整体耐火性、耐腐蚀性较好，但自重较大。对于钢箱梁，由于采用钢材承重，与混凝土箱梁相比自重较轻，但整体耐火性、耐腐蚀性较差。

3.3.3经济方面

对于现浇箱梁，建安费约0.6～0.75万元/m2，造价较低;施工时人工费较高。对于钢箱梁，建安费约1.1万元/m2，造价较高;施工工艺较高，使用数控机械较多，人工费较低。

3.3.4施工工期

对于现浇箱梁，连续联可以同时施工，施工连续性较好。需要搭设支架、绑扎钢筋、浇筑、张拉，施工期较长，一般为90天。对于钢箱梁，在工厂加工制造，不占用时间，现场吊装涂装一般为45天，工期较快。不适合连续联同时施工。

3.3.5景观及后期维护

对于现浇箱梁，使用清水混凝土施工，外观较好，持久性好。一般维护周期長，费用较低。若需维护，难度较大。对于钢箱梁，全部使用涂装，观感非常好，运行后涂装层需要定期维护，维护周期短，费用较高。

4、常用跨径桥梁上部结构设计研究

4.1桥梁高跨比的选择

合适的高跨比对桥梁外形和造价均有一定影响，一般对于较大跨径桥梁，平均墩高为0.7～1.0倍跨径长度，对于较小跨径桥梁，桥梁平均墩高为0.7～1.3倍桥梁跨径长度。

4.2桥梁边跨比的选择

对于采用连续体系的多孔桥梁，应从结构受力特性考虑，使边孔和中孔跨中弯矩与支点处负弯矩接近相等，合理地确定桥梁边跨比。

4.3横隔板个数选择

对于部颁T梁，横隔板保证各根主梁相互连成整体，其刚度愈大，整体性愈好。对于小箱梁，设置中横隔板增加截面横向刚度，限制畸变变形，支承处横隔板能承受和分布较大支承反力。横隔板个数选择详见上文“2.4横隔梁的设置”。

结语：

综上所述，常用跨径桥梁上部结构类型分析、选择和优化是桥梁设计中重要环节。结合安徽地区实际工程选取情况、规范要求及项目设计经验，选择最优化的上部结构方案既保证桥梁整体承载能力，又提高桥梁的使用性能、稳定性和美观性，且节约工程造价，对于桥梁设计有一定借鉴和参考意义，对于桥梁事业发展也有积极促进作用。

参考文献：

[1]邵旭东.桥梁工程（第二版）[M].人民交通出版社，2007.

[2]部颁标准《公路桥涵设计通用规范JTGD60-2015》

[3]邵旭东.桥梁设计百问（第三版）[M].人民交通出版社，2017.

[4]邓国强.常用跨径桥梁上部结构优化设计研究[J].工程技术，2017（03）.