◎ 浙江省安吉縣交通設(shè)計室 鄭利娟 周 科 黃 洋

1、前 言

近年來，我國交通事業(yè)迅猛發(fā)展，橋梁建設(shè)出現(xiàn)了空前的繁榮，橋梁技術(shù)也突飛猛進(jìn)，橋梁是隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的交通需要和經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的可能而發(fā)展的，它從一個側(cè)面反映一個國家生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展程度。

2、橋梁常見結(jié)構(gòu)形式

（1）梁橋。梁式橋是最常見而又最基本的橋梁，其力量傳遞的主要特色是橋梁上部結(jié)構(gòu)的荷載垂直的傳至支承，再由支承傳至下部結(jié)構(gòu)，兩個支承之間的橋面必須承受很大的彎矩。目前應(yīng)用最廣的是簡支梁結(jié)構(gòu)形式的梁橋，這種結(jié)構(gòu)形式簡單，施工方便，對地基承載的要求也不高，通常跨徑在25m以下的橋梁常被采用。

（2）拱橋。拱式橋?qū)⒐叭蚬袄咦鳛橹饕休d結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)在豎向荷載下，橋墩或橋臺將承受水平推力。拱的彎矩和變形都比較小，主要承受壓力，故拱式橋用磚、石、混凝土和鋼筋混凝土材料建造的比較多。

（3）剛架橋。剛架橋是梁和柱(或豎墻)整體結(jié)合的橋梁結(jié)構(gòu)。在豎向移動荷載作用下，梁部主要受彎，柱腳處有水平推力，受力狀態(tài)介于梁式橋和拱橋之間。剛架橋一般可采用T形剛架橋、連續(xù)剛架橋、斜腿剛架橋三種類型。對于同樣的跨徑，在相同的外力作用下，剛架橋的跨中正彎矩比一般梁式橋要小。根據(jù)這一特點，剛架橋跨中的建筑高度就可以做的較小。這在城市中當(dāng)遇到線路立體交叉或需要跨越通航江河時，采用這種橋型能盡量降低線路標(biāo)高以改善橋的縱坡，當(dāng)橋面標(biāo)高已確定時，它能增加橋下凈空。剛架橋，通常是采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。

（4）斜拉橋。斜拉橋由主梁、塔柱和斜索三種基本構(gòu)件組成。用高強鋼材制成的斜索將主梁多點吊起，將主梁承受的恒載和車輛荷載傳至塔柱，再由塔柱傳給基礎(chǔ)。它是一種橋面體系(加勁主梁)受壓，支承體系(斜拉索)受拉的結(jié)構(gòu)。工程上通常為了減小梁的截面與自重，常用預(yù)應(yīng)力混凝土代替普通鋼筋混凝土，即預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋。

斜拉橋根據(jù)跨度大小的要求以及經(jīng)濟(jì)上的考慮，可以建成單塔式、雙塔式或多塔式的不同類型。通常的對稱斷面及橋下凈空要求較大時，多采用雙塔式斜拉橋。

3、橋梁的發(fā)展與選型

3.1 發(fā)展：我國橋梁的橋型具有強烈的時代特征，如50年代的木橋，60～70年代的拱橋，80年代的梁橋，90年代的斜拉橋，20世紀(jì)末的懸索橋、立交橋，每個時代橋型的發(fā)展均是橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)步的結(jié)果。近年來，我國橋梁上部結(jié)構(gòu)，特別是大、中跨徑的橋梁發(fā)展很快，并且基本趨于成熟，所以在編制橋型方案時，可供選擇的余地比較大。目前，國內(nèi)外橋梁主要有以下發(fā)展趨勢：（1）跨徑不斷增大。目前，鋼梁、鋼拱的最大跨徑已超過500m，鋼斜拉橋為890m，而鋼懸索橋達(dá)1990m。隨著跨江跨海的需要，鋼斜拉橋的跨徑將突破1000m，鋼懸索橋?qū)⒊^3000m。至于混凝土橋，梁橋的最大跨徑為270m，拱橋已達(dá)420m，斜拉橋為530m。（2）橋型不斷豐富。本世紀(jì)50～60年代，橋梁技術(shù)經(jīng)歷了一次飛躍：混凝土梁橋懸臂平衡施工法、頂推法和拱橋無支架方法的出現(xiàn)，極大地提高了混凝土橋梁的競爭能力；斜拉橋的涌現(xiàn)和崛起，展示了豐富多彩的內(nèi)容和極大的生命力；懸索橋采用鋼箱加勁梁，技術(shù)上出現(xiàn)新的突破。所有這一切，使橋梁技術(shù)得到空前的發(fā)展。（3）結(jié)構(gòu)不斷輕型化。懸索橋采用鋼箱加勁梁，斜拉橋在密索體系的基礎(chǔ)上采用開口截面甚至是板，使梁的高跨比大大減少，非常輕穎；拱橋采用少箱甚至拱肋或桁架體系；梁橋采用長懸臂、板件減薄等，這些都使橋梁上部結(jié)構(gòu)越來越輕型化。

2.2 選型：目前，橋梁的選擇都具有強烈的時代特性，比如新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝等，均表現(xiàn)出了時代特性。尤其是大橋、特大橋，常常從她的雄偉壯觀、千姿百態(tài)顯示出一個國家的先進(jìn)技術(shù)和生產(chǎn)工藝，更反映出時代精神和當(dāng)代人的創(chuàng)造力。橋梁設(shè)計不能盲目追求美學(xué)，首先是解決通行功能，然后才是在技術(shù)條件可行的基礎(chǔ)上進(jìn)行美學(xué)優(yōu)化，這是橋梁設(shè)計的基本要求。一個功能不齊全，或令人缺乏安全感的橋梁，當(dāng)然沒有美感可言。因此，橋梁選型必須滿足橋梁最基本的安全、使用的要求，并在此基礎(chǔ)上對橋梁構(gòu)成元素進(jìn)行合理的美學(xué)設(shè)計。

4、工程案例

3.1 項目概況：湖南某公路橋梁工程，全長約3.5km，該大橋長約3052.66m，北岸接線長253.17m，南岸接線長194.17m。設(shè)計荷載：汽車—超20，掛車—120；設(shè)計風(fēng)速56 m/s(百年一遇)；臨界風(fēng)速105m/s；地震設(shè)防烈度為7度。

根據(jù)橋址區(qū)的地形、地貌、河勢、水文、地質(zhì)以及航運等條件，對該橋橋型方案進(jìn)行橋跨總體布置，并作同等深度的比較。橋型方案的研究重點是主橋主孔的橋型、孔跨大小及布置。引橋基本上為一般中等跨經(jīng)濟(jì)梁。橋型方案是在考慮橋址處航道要求、河床地質(zhì)、河道水文以及建筑造型等綜合因素后提出的。主橋主孔分別采用獨塔混凝土斜拉橋、雙塔混合梁斜拉橋、中承式系桿拱橋、連續(xù)梁橋四種橋型進(jìn)行比選。

3.1 獨塔混凝土斜拉橋方案：橋跨布置為(5×30)+(10×40)+(4×40+30）m簡支轉(zhuǎn)連續(xù)箱梁+（25+25+25）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁+4×40m簡支轉(zhuǎn)連續(xù)箱梁+（260+200）m混凝土斜拉橋+30×40m簡支轉(zhuǎn)連續(xù)箱梁+（53+70+53）m變截面連續(xù)箱梁+6×40m簡支轉(zhuǎn)連續(xù)箱梁，橋梁全長3052.66 m。主跨260+200 m，能滿足三級航道設(shè)置一主兩副通航孔的要求；主塔布置在淺水區(qū)，有一個過渡墩在較深水區(qū)，能滿足通航要求。比混合梁斜拉橋少一個主塔，大跨主孔長度短，從造價上看較經(jīng)濟(jì)、合理。

3.2 雙塔混合梁斜拉橋方案：橋跨布置為(5×30)m簡支轉(zhuǎn)連續(xù)箱梁+(10×40)+ (4×40+30）m預(yù)應(yīng)力簡支轉(zhuǎn)連續(xù)箱梁+（25+25+25）m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁+(125+410+125)m混合梁斜拉橋+(29×40)m簡支轉(zhuǎn)連續(xù)箱梁+(53+70+53)m變截面連續(xù)箱梁+(6×40)m簡支轉(zhuǎn)連續(xù)箱梁，橋梁全長3052.66 m。主跨一跨過江，410m主跨能滿足三級航道設(shè)置一主兩副通航孔的要求；一個塔布置在淺水區(qū)，另一個布置在河灘上，避免了深水基礎(chǔ)施工，減少了船舶及流冰的防撞設(shè)施；邊跨不通航，從經(jīng)濟(jì)性、實用性角度考慮，采用混合梁方案較適宜。主孔主梁采用鋼梁，邊跨主梁采用混凝土梁；鋼梁和混凝土梁接頭處的結(jié)構(gòu)特性突變，容易形成結(jié)構(gòu)的弱點，處理不當(dāng)極易出現(xiàn)問題，混凝土梁段受力性能不好。

3.3 中承式系桿拱方案：橋跨布置為(5×30)+(10×40)+ (4×40+30）m預(yù)應(yīng)力簡支轉(zhuǎn)連續(xù)箱梁+（25+25+25）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁+(80+340+80)m中承式系桿拱+33×40m簡支轉(zhuǎn)連續(xù)箱梁+(53+70+53)m連續(xù)梁+6×40m簡支轉(zhuǎn)連續(xù)箱梁。橋梁全長3052.66 m。橋跨配合恰當(dāng)，造型美觀，能滿足三級航道設(shè)置一主兩副通航孔的要求，主拱墩設(shè)置在淺水區(qū)內(nèi)，既避免了深水基礎(chǔ)施工，又減少了船舶及流冰的防撞設(shè)施。主拱肋及主拱行車道系工廠化預(yù)制量較大，可大大縮短工期。水平系桿的設(shè)置使得拱腳水平力降低，主孔下部工程量相應(yīng)降低。拱肋施工完畢后，拱上建筑部分的建安工作可借助拱肋吊桿完成。拱肋及橫梁鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件數(shù)量大，加工精度要求高，運輸不方便。

3.4 連續(xù)梁方案：橋跨布置為(5×3 0)+(1 0×4 0)+ (4×40+30）m預(yù)應(yīng)力簡支轉(zhuǎn)連續(xù)箱梁+（25+25+25）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁+(97+130+166+130+97)m變截面連續(xù)梁+30×40m簡支轉(zhuǎn)連續(xù)箱梁+(53+70+53)m連續(xù)梁+6×40m簡支轉(zhuǎn)連續(xù)箱梁。橋梁全長3052.66 m。橋跨配孔比例協(xié)調(diào)，上下部結(jié)構(gòu)尺寸配合得當(dāng)，樸實簡潔，橋型均衡勻稱，主跨(130+166+130)m，可滿足通航孔布設(shè)要求。橋梁結(jié)構(gòu)動力性能良好，震動小，橋面鋪裝耐久可靠。上部懸臂施工工藝簡單，并可多個橋墩同步開展上部施工，施工工期較短，施工工藝成熟簡單。位于深水江槽的主橋橋墩基礎(chǔ)施工難度較大。

3.5 結(jié)論：綜合考慮，連續(xù)梁方案雖然造價最低，但存在多個橋墩基礎(chǔ)處于深水中，對通航、排凌和防撞均不利，施工難度也大，且由于連續(xù)梁跨徑較大，大噸位支座設(shè)計和制造有難度，橋型也缺乏美觀性，不宜采用；系桿拱方案雖然主跨跨徑較大，對通航影響較小，但本項目區(qū)域地質(zhì)條件較差，不太適宜建設(shè)拱橋，且該方案施工工序多、技術(shù)復(fù)雜，工期長，造價高，也不宜采用。斜拉橋方案對通航和排凌有利，其中獨塔斜拉橋方案造價較低。另外，根據(jù)湖南省越江通道一橋一景的總體設(shè)想，本項目應(yīng)優(yōu)先考慮獨塔混凝土斜拉橋方案，因此，獨塔混凝土斜拉橋無論在使用功能、景觀設(shè)計、施工條件、施工工期以及工程造價等方面，均有一定優(yōu)勢，故推薦主孔（260+200）m獨塔混凝土斜拉橋方案。

5、結(jié) 語

橋梁設(shè)計應(yīng)考慮橋梁下部結(jié)構(gòu)的安全耐久、滿足使用的要求，兼顧造價。維修養(yǎng)護(hù)方便，與周圍景觀相協(xié)調(diào)等原則。優(yōu)秀的橋梁建筑總是把橋梁的品質(zhì)和體現(xiàn)橋梁的美學(xué)價值相統(tǒng)一，故，橋梁設(shè)計師在考慮橋梁結(jié)構(gòu)的可靠性和經(jīng)濟(jì)要求的同時，也應(yīng)十分注重橋梁美學(xué)價值的提高，以期設(shè)計和建設(shè)出既滿足強度、剛度、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性要求，又能滿足人們的審美需要。并與周圍環(huán)境和諧統(tǒng)一。