中小跨径简支T形梁桥的设计参数分析

邓盼盼

摘要 中小跨径简支T形梁桥结构简单，方便施工，在工程中被广泛采用。文章以某高速公路桥梁侧翻为工程实例，探讨了桥梁上部荷载与结构抵抗力的关系，分析桥梁设计所遵循的设计原则，研究简支T形梁桥的平面设计和纵断面设计参数，得到结论：中小跨径简支T形梁桥纵断面设计中主要遵循的设计参数为：桥梁总跨径、桥梁分孔、桥道高程、基础埋深，为设计人员提供参考。

关键词 中小跨径;T形梁;设计参数;工程实例

中图分类号 U442.5 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）07-0103-03

0 引言

交通是维系国家经济与社会发展的命脉，交通行业的发展对国家经济和社会发展起到了重要的促进作用。在国家经济与社会高速发展的今天，我国交通事业也得到了迅猛发展。公路、铁路、城市道路和农村道路的建设已经日趋完善，而桥梁工程作为我国交通事业的重要组成部分，由于其建设需要跨越山川、河流等各类障碍物，并基于障碍物大小的影响，桥梁的种类也比较丰富。因此，对桥梁工程需要更为深入的研究[1-3]。

中小跨径钢筋混凝土桥梁和预应力混凝土桥梁是我国常见的两种桥梁，具有变形小、刚度大、桥体耐久性好等优点。而从桥梁的结构来看，T形结构桥梁具有造价低、抗拉压能力强等特点。结合常用的两种桥梁构筑材料与优质的桥梁结构类型，该文分别以钢筋混凝土和预应力混凝土作为T形结构桥梁的构筑材料，以这两种T梁为研究对象，对二者的各类参数进行了对比分析[4-5]。

1 中小跨径T形梁桥设计指标

1.1 中小跨径T形梁桥设计原则

桥梁作为交通的一部分，最基本的要求是安全实用，在此基础上再进行优化。随着经济与科技的不断发展，对桥梁的要求不仅仅是安全实用，还要有一定的观赏性。桥梁安全性是以相关规范为标准，为保证桥梁安全运行，根据规范对桥梁进行结构验算。

桥梁的设计任务就是在合理的预算范围内，保证桥梁安全使用，满足桥梁各项功能，在结构安全的基础上再进行外观设计。近些年，国内发生多起因结构设计而导致的桥梁破坏。桥梁结构设计的三要素分别是：荷载、结构抗力、可靠性。桥梁所能承受的最大荷载要小于结构本身抗力，否则就会因桥梁承载力不足而破坏。2021年，某高速公路发生事故，桥面整体侧翻。根据大桥的设计资料显示，桥梁所能承受的最大荷载为49 t，而路面上的货车重量高达198 t，这就直接导致桥梁结构破坏，发生侧翻。

综上所述，中小跨径T形梁桥设计中应遵循以下几点：

1.1.1 结构设计

结构分析是设计荷载与结构抗力的关系。桥梁结构设计以结构设计原理为基础，根据不同的材料性能计算材料的承载特性，从而进行截面设计。

1.1.2 可靠性设计

如果仅满足安全性设计，没有足够的可靠度，桥梁也存在相应的安全隐患。可靠度设计与结构设计不同，不同的桥梁有着不同的环境特点，所以存在一些不确定因素。跨海大桥要考虑风浪荷载及海水腐蚀问题，特殊地区桥梁更多要考虑地基基础对桥梁结构的影响。桥梁可靠度不足，没有足够的安全储备，会导致桥梁结构丧失;设计的安全参数较大，使得整个设计过于保守，工程造价会进一步提高，不利于工程的经济适用性。在我国岩溶地区进行基础设计时，桥梁基础形式多采用桩基础。桩基础而桩长越长，承载力越高，设计人员用提高桩长的方法来提高岩溶地区桩基础的承载力，造成桩长过剩。图2为桥梁桩基础底部在溶洞处悬空。

1.1.3 技术先进性

根据当地地质情况因地制宜选择桥型，合理运用新型设备、新材料及新技术，学习国外先进技术，大胆进行尝试，综合使用。優胜劣汰，不断学习和创新，在工程中最大限度融入科技成果，贯彻“安全、适用、经济和美观”的原则，实现我国桥梁行业的不断发展。

1.2 中小跨径T形桥桥设计指标分类

桥梁设计指标是选择桥形方案时要考虑的重要因素，表1为桥梁设计的指标汇总，分为技术指标和经济指标。技术指标是为了使桥梁能够正常安全运行，经济指标是在合理的经济范围内达到目的。

表1中总结的技术和经济指标并非全部指标，不同项目有不同的划分形式。

2 中小跨径简支T形梁桥的平面设计参数分析

中小型跨径T形梁桥的设计首要任务是确定桥位，根据《公路工程技术标准》中的规定可知，桥位、涵洞、线形要符合规划路线的整体走向，若遇到特殊情况，可组织专家评审，重新调整线路走向。桥梁的具体形式要综合考虑地形和地质环境。中小跨径简支T形梁桥的平面设计还包括平曲线半径、平曲线超高和加宽、缓和曲线、变速车道设置等，这些参数的选取既要符合当下地形环境也要符合规范规定。

就平曲线半径设计参数而言，根据相关资料可知，桥梁平曲线半径与桥梁事故发生率之间有着必然联系，多数情况下，小半径曲线段意味着事故发生率更高。在某些特殊情形下，桥梁一般为直线形，平曲线半径应选用较大的数值。车辆速度为100 km/h时，桥梁的平曲线半径小于2 000 m时，事故发生率显著提高，可考虑将这一数值作为平曲线半径设计下限值。同时，对提高桥梁的安全特性而言，可以在设计过程中采用将平曲线设置为缓和曲线的方式，从而进一步去提高桥梁的安全性能。

3 中小跨径简支T形梁桥的纵断面设计参数分析

中小跨径简支T形梁桥的纵断面设计参数包括：桥梁总跨径（∑l0）、桥梁分孔、桥面高度及基础埋深等，各参数的相关含义如表2所示。

3.1 桥梁总跨径（∑l0）

桥梁总跨径的设计应满足以下原则：在使用期间，洪水可以正常流通，船只可以顺利通过，避免因压缩河道使得河道改变方向，导致桥前堵水而淹没农田和村庄。

为减少工程造价，在遵循T形梁桥允许最大冲刷系数的前提下，可以适当合理提高桥梁下部的冲刷程度，从而将T形梁桥的总跨径缩短。例如，对于基础埋深较大的T形梁桥，通常可以承受较大的冲刷，可以将总跨径进行缩减;对于处于平原地段的宽滩河段，河流的流速较小，漂流物较小，可以对T形梁桥的总跨径进行缩减，但必须对各项参数进行充分研究校核，避免缩减跨径后的T形梁桥下部的壅水对附近的河滩河堤、农田及构筑物造成不良影响。

3.2 桥梁分孔

当桥梁跨度较大时，不分孔会使得桥梁中间弯矩过大，结构设计困难，造价高，因此较长的桥梁要分为多孔。但孔径划分的不同，会影响桥梁的经济效益和使用效果，同时会增加施工难度。若减少桥孔，此时桥墩造价虽有降低，但净跨的增大，增加上部结构的造价;反之，增加桥孔，上部结构造价降低，桥墩造价增加。为了使桥梁分孔达到最优，应满足以下几条原则：

（1）当桥梁跨越有航道的流域时，孔径的划分首先要满足通航需求，不影响原有的航道通行。其次，在一些河道复杂的地带，根据当地情况可以多设计几个孔位。

（2）平原地区的河流较为宽阔，但水流量却有差别。桥梁在进行分孔时，可以在水流量较大的主河设置较大的通航孔道，两侧水流较小，可根据需要设置较小通航道。

（3）在山区深谷或水库地区，水流较急，为了防止桥墩受到冲刷，破坏桥梁结构，应该在此类地区，尽量设置大跨径桥梁，减少冲刷。如若地形条件允许可设置特大跨径的单孔桥梁。

（4）当桥梁为多孔体系时，应考虑中间孔与边孔所受的弯矩大小一致，合理确定相邻跨之间的比值。

（5）在布孔过程中，为尽可能避开河流等地质情况较差的区段，可以采取增加跨径的措施。

桥梁分孔是较为复杂的问题，在设置桥梁时，在综合考虑上述因素的前提下，结合工程造价的实际预算情况才能得到较为合理的设计方案。

3.3 桥道高程

对于跨河的T形梁桥，在桥道高程的设置时，应充分考虑桥梁下部洪水排泄与船体通航的因素。在平原地区的T形梁桥，桥道高程值过大会使得桥头引道处路堤所需要的土方填筑量明显增大。对城市内部的桥梁而言，桥道高程增加会使得两端引道往外部延伸，往往需要通过采用立体交叉或高架栈桥的措施进行解决，会使工程造价进一步提高。

在T形梁桥的桥道高程选择时，应综合考虑设计洪水位、桥梁下部使用需求等因素。在部分特殊情况下，桥道高程已有相关规定。桥梁的梁底高程和支座高程应满足以下条件：

（1）梁底高程>max{设计洪水位+500 mm，最高流冰水位+750 mm}。

（2）支座高程>max{设计洪水位+250 mm，最高流冰水位+500 mm}。

需要特别说明的是：当桥下有流水阻塞或者漂浮物时，桥下的净空范围应根据当地的具体要求来设定，有淤泥河床时可以适当增加桥下净空。

4 结论与展望

4.1 结论

（1）该文以简支T形梁桥为研究基础，重点分析桥梁的设计原则和设计指标。

（2）以某高速桥梁侧翻为工程实例，探讨桥梁设计荷载与结构抗力的关系，具体分析桥梁三个设计原则。

（3）对桥梁平面设计和纵断面设计参数进行分析，得到桥纵断面设计须遵循的设计参数为：桥梁总跨径、桥梁分孔、桥道高程、基础埋深。

（4）桥梁设计虽有规范可寻，但仍要根据当地的具体环境做出变通，设计出符合要求的桥梁。

4.2 展望

我国工程行业正朝着纵向发展，优化施工工艺、研发新材料、装配式施工都將使施工工艺更标准化，提高施工效率。如图3所示的预制T形梁桥。T形简支梁施工大部分采取预制方式，使得预制构件不受施工环境影响，施工进度较快且构件质量均匀，产生的废料较少。今后应开展装配式简支T形梁的结构设计参数研究。

参考文献

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[2]林建茂，欧智菁，林上顺，等.钢管混凝土格构式梁桥设计参数抗震研究[J].福建工程学院学报，2017（6）：549-554.

[3]李波，武建，汪永兰.在役装配式简支T梁桥加固前后横向分布系数试验研究[J].中外公路，2015（5）：167-170.

[4]马赟.中小跨径简支T形梁桥设计参数分析[D].西安：长安大学，2014.

[5]许俊德.浅谈预应力混凝土T梁桥设计实践[J].黑龙江交通科技，2012（3）：62.