張松濤

（廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院 廣東廣州 510000）

概述

在中小跨徑橋梁設(shè)計(jì)中常用到簡支梁橋的形式，但是簡支梁橋在跨徑加大的同時(shí)，跨中彎矩顯著增大，從而造成簡支梁的截面尺寸，結(jié)構(gòu)自重，材料用量的增大。尤其是當(dāng)橋位處道路控制標(biāo)高較低而水利條件控制的橋梁梁底標(biāo)高較高時(shí)，這將直接導(dǎo)致簡支梁的梁高過大而受到限制且不再適用。懸臂梁橋由于懸臂端的設(shè)置而產(chǎn)生支點(diǎn)負(fù)彎矩，支點(diǎn)負(fù)彎矩對于跨中正彎矩產(chǎn)生了卸載作用，大大減小了跨中正彎矩的大小，從而相應(yīng)減小了跨中部位的梁高。因此，懸臂梁橋?qū)τ诹焊呤芟薜臉蛄翰皇橐环N可行的解決方案。

本文以某工程單孔雙懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆梁橋（跨徑組合為：11m+36m+11m=58m）為例，通過對其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路及主要技術(shù)特點(diǎn)的闡述，并結(jié)合橋梁總體設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及有限元計(jì)算結(jié)果，分析并總結(jié)問題，并提出相關(guān)建議。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

單孔雙懸臂梁橋的跨徑以及梁底標(biāo)高的確定應(yīng)根據(jù)通航凈空（對于有通航要求的橋梁）、橋底行車凈空（對于跨線橋）以及考慮水利、規(guī)劃等部門的意見，并結(jié)合地形、地質(zhì)等要求確定。在考慮以上因素之后，可以盡量按照單孔雙懸臂梁橋的受力特點(diǎn)，以其彎矩包絡(luò)圖面積最小為原則來確定邊孔和中孔的跨徑劃分，從而達(dá)到受力較小，最大程度節(jié)約用料的目的。

對于箱型截面主梁，可以通過適當(dāng)加長其邊孔懸臂端的長度，保證中孔的跨中正彎矩值和支點(diǎn)的負(fù)彎矩值大致相等，從而充分發(fā)揮混凝土材料的受壓性能。但是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，邊孔的懸臂長度不能大于中孔長度的1/2倍。通常，對于普通鋼筋混凝土單孔雙懸臂箱梁橋，其邊孔懸臂長度可?。?.3～0.4）L（L 為中孔跨徑），支點(diǎn)梁高 H=（1/12～1/15）L，跨中梁高取h=（1/2～1/2.5）H；對應(yīng)于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其邊孔懸臂長度可?。?.4～0.5）L，支點(diǎn)梁高 H=（1/15～1/18）L，跨中梁高取 h=（1/2～1/2.5）H。

單孔雙懸臂梁橋與多孔簡支梁橋相比，單孔雙懸臂梁橋在橋墩上只需設(shè)置單排支座，從而可以減小橋墩尺寸，也可以達(dá)到節(jié)約材料用量的目的。

但是，當(dāng)其懸臂端長度過長時(shí)，活載產(chǎn)生的撓度增大，行車時(shí)跳車現(xiàn)象嚴(yán)重，這直接導(dǎo)致橋梁與路堤的連接構(gòu)造容易遭到損壞。而懸臂端長度過短，在活載的作用下，邊支點(diǎn)容易出現(xiàn)負(fù)反力，此時(shí)應(yīng)采取設(shè)置平衡重物或設(shè)置拉力支座等措施。

2 橋梁總體設(shè)計(jì)

2.1 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

本工程道路等級為城市次干道，道路寬度為30～37m，設(shè)計(jì)車速40km/h，采用雙向6車道。設(shè)計(jì)荷載按照公路-Ⅰ級考慮，同時(shí)按城鎮(zhèn)郊區(qū)行人密集的公路橋梁考慮人群荷載為3.45kN/m2。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100年，地震基本烈度為Ⅶ度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g。

2.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

橋梁設(shè)計(jì)按服從所建道路總體規(guī)劃的原則進(jìn)行。橋梁總寬為“所在道路寬度（37m）+兩側(cè)花槽寬度（2×0.6=1.2m）=38.2m”。橋梁跨徑的選擇綜合考慮結(jié)構(gòu)橋孔布設(shè)的合理性，并且與水利、地質(zhì)、地形等相協(xié)調(diào)，同時(shí)滿足規(guī)劃和現(xiàn)狀的河涌寬度要求，因此橋梁跨徑定為11m+36m+11m=58m。梁底最低標(biāo)高均高于“河涌的設(shè)計(jì)防洪水位+安全超高”，阻水比滿足水利要求。

橋梁結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土單孔雙懸臂連續(xù)箱梁橋，邊中跨比合理，跨中建筑高度小，橋墩處梁的高度大，受力明確，結(jié)構(gòu)安全。梁底呈拋物線型變化，線型流暢美觀，形似大鵬展翅，與橋下的河涌景觀協(xié)調(diào)一致。

圖1 單孔雙懸臂梁橋立面圖

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

上部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆單孔雙懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，跨徑組合為11m+36m+11m，橋?qū)挒?8.2m，按雙幅橋設(shè)計(jì)，左右幅橋之間設(shè)置后澆帶，單幅橋?qū)?9.1m，采用單箱五室型橫斷面。

單孔雙懸臂現(xiàn)澆梁采用變高度箱梁，梁高為1.1～2.2m，相比于同跨徑簡支梁橋，跨中梁高大大減小，梁底均按拋物線變化。腹板厚度隨著剪力的增大而從跨中向支點(diǎn)逐漸加大，中跨腹板厚度為45～60cm?？紤]到懸臂段需要施加壓重措施，懸臂段腹板厚度設(shè)計(jì)較厚，為60～90cm。底板的厚度隨著負(fù)彎矩的增大而逐漸從跨中向支點(diǎn)逐漸加大，底板厚度設(shè)置為22～55cm。中墩墩頂橫梁寬度為2.4m。為了減少跨中彎矩，增大了懸臂端的壓重，在懸臂端部設(shè)置了較大尺寸的端橫梁，橫梁寬度為1.5m，高度為2m。為減輕中跨自重，每幅橋在跨中處一定范圍內(nèi)取消其中兩個(gè)箱室的底板。

箱梁采用縱向預(yù)應(yīng)力體系，按全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)?？v橋向預(yù)應(yīng)力鋼束均采用φS15.2高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fpk=1860MPa，均采用兩端張拉。鋼束采用平、豎彎結(jié)合布置。預(yù)應(yīng)力管道均采用塑料波紋管，真空壓漿工藝灌漿。

對于雙幅橋，其左右幅橋中間翼板上均設(shè)置1.0m寬混凝土后澆帶。左、右半幅橋?yàn)楠?dú)立施工，待各自鋼束全部張拉完畢拆除支架后，再澆筑后澆帶混凝土，將其連成整體。

橋墩采用扁墩形式，樁柱之間通過承臺轉(zhuǎn)換。同一軸的承臺間設(shè)置了系梁相連。每根墩柱下均連接一根φ180cm樁基，采用鉆孔或沖孔灌注樁。

在懸臂梁端下設(shè)置了樁柱式橋臺，橋臺兩側(cè)背墻延伸出橋梁范圍2m左右，起到擋土作用。橋臺臺帽基礎(chǔ)可利用施工支架的基礎(chǔ)（即φ60鋼管樁）。橋臺施工完成后可做為施工臨時(shí)支承再澆筑上部梁體混凝土。臺帽頂?shù)氖┕づR時(shí)支承須隨施工支架一并拆除，確保梁端自由不受約束。

為克服橋臺臺后填土沉降、減輕橋頭跳車，改善行車條件，橋臺后均設(shè)有搭板。搭板每塊長5m（垂長），厚0.3m，搭板的寬度與橋面行車道的寬度相同。為防止搭板沿縱向滑移，造成橋頭凹坑，在搭板與凹槽之間布設(shè)豎直錨栓。

本工程橋臺、橋墩全部采用樁基礎(chǔ)，直接將上部結(jié)構(gòu)力傳遞給樁底持力層。橋臺僅起側(cè)面擋土作用，不承受上部荷載，因此僅有自重作用在堤岸上，故對堤岸穩(wěn)定性的影響很小。

懸臂梁端與背墻間設(shè)置有單縫模數(shù)式伸縮縫，伸縮量為50mm，在設(shè)置伸縮縫處，人行道、人行欄桿與橋面鋪裝均要斷開。

4 上部結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

利用有限元分析軟件橋梁博士V3.3.0對單孔雙懸臂梁橋進(jìn)行整體分析，本橋結(jié)構(gòu)計(jì)算共劃分56個(gè)單元，其中橋面單元36個(gè)，全橋結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖如圖4。

模型按照實(shí)際情況考慮了一期恒載、二期恒載、收縮徐變、溫度荷載、支座沉降和人群荷載等，汽車荷載按照單向三車道計(jì)算并考慮了沖擊系數(shù)。箱梁截面按照規(guī)范取截面有效翼緣寬度計(jì)算（見表 1）。

整體計(jì)算結(jié)果顯示，11m+36m+11m單孔雙懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋受力性能良好，應(yīng)力處于較低水平，各階段受力滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語

在中小跨徑橋梁設(shè)計(jì)中，當(dāng)橋梁的梁高受到其他因素的限制而不宜過高的時(shí)候，懸臂梁橋由于其自身的受力特點(diǎn)而具有優(yōu)勢，因而在橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)給與必要的重視。同時(shí)應(yīng)該注意到，懸臂梁橋的懸臂端過長或者過短均會造成橋梁與道路銜接部位的構(gòu)造容易損壞，因此懸臂梁橋較適用于設(shè)計(jì)行車速度相對不大的橋梁。在橋梁的設(shè)計(jì)中，還應(yīng)該注重選取合理的橋梁跨徑組合，同時(shí)采取有效的措施來有效避免其與道路銜接部分的不良影響。

表1 11m+36m+11m單孔雙懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋計(jì)算結(jié)果

[1]《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 11-2011）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[2]《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2015）[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2015.

[3]《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62-2004）[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2004.

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