韓 鋒，楊 華

（1.山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006；2.山西工商學(xué)院，山西 太原 030006）

0 引言

隨著國(guó)家公路網(wǎng)的密集化，對(duì)公路行業(yè)的設(shè)計(jì)要求在不斷提高，擬建公路上跨被交路，與被交路正交或斜交的情況時(shí)有發(fā)生[1]。常規(guī)的簡(jiǎn)支梁、連續(xù)梁與被交道路完全正交的情況已不能滿足實(shí)際需要。當(dāng)橋梁跨越各種斜交角度構(gòu)造物必須斜置時(shí)，全橋采用同角度斜置布置不盡合理，當(dāng)斜交角度較大時(shí)，結(jié)構(gòu)整體性亂、美感不強(qiáng)，而采用加大跨徑正交方式跨越往往也存在諸多不足[2]。受橋位處與被交路斜交，并考慮相鄰聯(lián)跨布設(shè)影響，采用斜向布設(shè)轉(zhuǎn)為正交布設(shè)這種斜轉(zhuǎn)正形式備受青睞。本文以一座上部構(gòu)造包含斜交跨連續(xù)梁、斜交轉(zhuǎn)正交跨簡(jiǎn)支箱梁及常規(guī)正交跨箱梁為例，提出了一些較為可行的思路和方法，對(duì)該橋型的布設(shè)及結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)進(jìn)行了分析，希望為以后同類橋型布置提供參考。

1 常用布跨方案

受主線線形及被交鐵路位置影響，擬建橋梁與被交路交叉角度不可調(diào)。只有根據(jù)被交路現(xiàn)狀擬定可行的橋型方案。主要考慮了以下幾種可行的布跨方式[3-6]。

1.1 斜交斜置方案

當(dāng)設(shè)計(jì)橋位與橋下河流流向或被交道路斜交時(shí)，為便于橋下通航、減少因增設(shè)橋墩造成阻水面積增大、確保橋下船舶安全通航，橋位處一般采用斜交斜置式橋梁跨越；同時(shí)應(yīng)結(jié)合道路等級(jí)及線形或橋下改路情況，采用斜交斜置式或斜交正做橋梁形式跨越。

圖1 斜交斜置橋梁平面布置圖

當(dāng)橋梁總長(zhǎng)較長(zhǎng)，全橋都采用斜交形式布設(shè)，會(huì)給整體結(jié)構(gòu)帶來(lái)許多弊端，橋梁整體結(jié)構(gòu)受力不盡合理；當(dāng)斜交角度較大時(shí)，結(jié)構(gòu)整體性亂、美感不強(qiáng)。且當(dāng)橋下地物地貌較多、交叉角度又不同時(shí)，整體橋梁一個(gè)角度很難滿足需求。

1.2 加大跨徑正交跨越方案

采用正交形式跨越，結(jié)構(gòu)受力比較明確、橋梁造型比較簡(jiǎn)潔，與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)性和美觀性比斜交形式都要強(qiáng)，且設(shè)計(jì)和施工都易實(shí)現(xiàn)。適當(dāng)加大跨徑，改斜交形式為正交，能避免斜橋設(shè)計(jì)的諸多不利因素。該形式的突出優(yōu)點(diǎn)是橋梁的設(shè)計(jì)和施工得到簡(jiǎn)化，但往往會(huì)因加大橋孔跨徑造成不必要的浪費(fèi)。

圖2 加大跨徑正交跨越平面布置圖

1.3 斜轉(zhuǎn)正跨越方案

如前所述，當(dāng)橋下地物地貌較復(fù)雜、交叉角度又不同時(shí)，整體橋梁一個(gè)角度很難滿足需求；同時(shí)，為避免斜交斜置孔布置太長(zhǎng)，僅希望在上跨河流或地方道路部分采用斜置式，其余部分按正交形式布置，斜交轉(zhuǎn)正交部分采用異形跨或過(guò)渡墩進(jìn)行銜接。如圖3所示，上跨鐵路部分采用3×30 m先簡(jiǎn)支后連續(xù)箱梁，前右夾角55°，通過(guò)異形跨進(jìn)行過(guò)渡到正交跨。

上部結(jié)構(gòu)的3種結(jié)構(gòu)形式組合在一起，使得上部構(gòu)造整體外觀不統(tǒng)一，大規(guī)模橋梁架設(shè)工作不易進(jìn)行，裝配式橋梁優(yōu)勢(shì)也較難體現(xiàn)。

圖3 斜轉(zhuǎn)正跨越橋位平面布置圖

1.4 框架墩方案

當(dāng)被交道路較窄、主線和被交路交叉角度不大，可通過(guò)框架墩形式上跨被交路，這種布置方式既能保證正交，同時(shí)不必考慮大跨徑跨越式。因此，特別適用于小角度斜交橋[5]。

圖4 框架墩跨越橋位平面布置圖(單位:cm)

如圖4所示，擬建橋梁上跨一引水管，交叉角度為26°，在整幅2號(hào)墩及右幅3號(hào)墩位置設(shè)置框架墩、其余橋墩采用下部通圖中圓柱式墩型，保證了等跨徑正交跨越，減少設(shè)計(jì)工作量。圖5為2號(hào)墩及右幅3號(hào)墩對(duì)應(yīng)的兩種框架墩，根據(jù)結(jié)構(gòu)受力情況，框架墩采用預(yù)應(yīng)力蓋梁、蓋梁與墩身設(shè)置固結(jié)或盆式橡膠支座。

圖5 框架墩一般構(gòu)造圖

1.5 錯(cuò)幅布設(shè)

當(dāng)橋位處跨越河道有通航要求或跨越地方道路有加寬需求時(shí)，也可以采用錯(cuò)幅布設(shè)方式。這種布設(shè)一般較多地采用左右幅分離式布置，保證橋下河流（地方道路）寬度、路線與河流（地方道路）交叉角度在合理的范圍內(nèi)。左右幅橋墩、橋臺(tái)按照河流流向布置，可最大限度地滿足河道通航需求。

如圖6示，擬建橋梁跨越省道113，路基寬度21.5 m，后期有拓寬要求，要拓寬至34 m，路線與被交路交叉角度為111.3°，采用左右幅分離、錯(cuò)幅5 m布置，這樣既保證了左右幅采用統(tǒng)一跨徑，同時(shí)最大限度地滿足拓寬需要，減少對(duì)地方道路的影響。

圖6 錯(cuò)幅布設(shè)橋位平面布置圖(單位:cm)

2 斜交跨連續(xù)箱梁分析

2.1 結(jié)構(gòu)有限元分析

斜交跨為斜交角度35°的三跨30 m先簡(jiǎn)支后連續(xù)小箱梁橋，箱梁橫向間距3.067 m，梁高1.6 m，頂板厚0.18 m，跨中底板厚0.18 m，支點(diǎn)底板厚0.3 m，跨中腹板厚0.2 m，支點(diǎn)腹板厚0.3 m。由于成橋狀態(tài)的結(jié)構(gòu)體系為連續(xù)梁，本橋通過(guò)建立梁格模型來(lái)進(jìn)行分析計(jì)算。預(yù)制小箱梁采用C50混凝土。

縱梁之間通過(guò)橫梁聯(lián)系。為了較為準(zhǔn)確模擬縱梁間的連接剛度，將橫梁分為兩類：一類位于預(yù)制小梁輪廓范圍，其抗彎剛度較大，采用翼緣厚0.18 m（同箱梁頂?shù)装搴瘢?、?.2 m（同節(jié)點(diǎn)間距）的工字形截面來(lái)模擬；箱梁輪廓范圍之外的橫梁剛度小，采用寬1.2 m、高0.18 m的矩形截面來(lái)模擬。此外，對(duì)于中支點(diǎn)橫梁、跨中隔板以及端橫梁均采用T形截面模擬，兩側(cè)翼緣取6倍頂板厚度。所有橫向聯(lián)系單元材料均為C50混凝土，其質(zhì)量不計(jì)。橫向連接單元的截面如圖7所示，從左往右依次為第一類橫梁、第二類橫梁、端橫梁、中支點(diǎn)橫梁以及跨中隔板。

圖7 橫向單元截面（單位：mm）

主梁邊界條件：利用彈簧單元模擬支座，彈簧單元一端連接大地節(jié)點(diǎn)，一端通過(guò)剛臂與主梁節(jié)點(diǎn)連接。

2.2 主梁靜力計(jì)算結(jié)果

箱梁按A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)，采用MIDAS有限元分析軟件進(jìn)行計(jì)算。按照相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，考慮了成橋狀態(tài)下永久荷載、可變荷載等作用[2]，分別計(jì)算了部分荷載單獨(dú)作用及荷載組合工況下主梁內(nèi)力響應(yīng)，計(jì)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求。表1給出了主梁在不同狀況下，主梁各種應(yīng)力指標(biāo)值。

表1 斜交跨連續(xù)箱梁主要驗(yàn)算指標(biāo)表 MPa

可見，斜交箱梁在持久狀況、短暫狀況及正常使用階段，各項(xiàng)應(yīng)力指標(biāo)值均滿足規(guī)范要求限值。

3 異形跨簡(jiǎn)支箱梁分析

3.1 梁長(zhǎng)計(jì)算

異形跨平面布置于直線段上，前右夾角一端為55°，另一端為90°。橫向8片梁梁長(zhǎng)各有差異[2]。表2列出了各梁片的理論梁長(zhǎng)與預(yù)制梁長(zhǎng)，可以看出梁片最短的為左幅第1片梁，預(yù)制梁長(zhǎng)為2124.1cm，梁片最長(zhǎng)的為右幅第4片梁，預(yù)制梁長(zhǎng)為2858.1 cm。

表2 異形跨梁片參數(shù)表 cm

圖8 異形跨梁片布置圖

圖9 背景工程橋位平面布置圖

3.2 主梁靜力計(jì)算結(jié)果

異形跨為簡(jiǎn)支箱梁，可建立單梁模型進(jìn)行計(jì)算。但其一端正交，一端斜交，各梁片長(zhǎng)度不同，每片箱梁都需單獨(dú)計(jì)算。為研究各梁片的橫向分布情況，需建立大橋的實(shí)體模型，準(zhǔn)確模擬橫向連接，關(guān)于橫向分布系數(shù)的計(jì)算可參考文獻(xiàn)[2]。表3給出了異形跨簡(jiǎn)支箱梁在不同狀況下，主梁各種應(yīng)力指標(biāo)值。

表3 異形跨簡(jiǎn)支箱梁主要驗(yàn)算指標(biāo)表 MPa

可見，簡(jiǎn)支箱梁在持久狀況、短暫狀況及正常使用階段，各項(xiàng)應(yīng)力指標(biāo)值均滿足規(guī)范要求限值。

4 工程實(shí)例

廟背大橋?yàn)榭缭綇V茂線及新興江而設(shè)，跨徑組合及布設(shè)受三茂鐵路和新興江防洪控制。大橋平面位于直線段+R=2000 m、Ls=230 m的直-緩曲線上（右轉(zhuǎn)），縱斷面位于直坡段上。橋跨布置為：左幅（4×30）m+（20+14×30）m小箱梁；右幅（4×30）m+（30+2×25+12×30）m小箱梁，第一聯(lián) 4×30為跨越鐵路橋孔，采用結(jié)構(gòu)連續(xù)體系，前右角度為55°，其余橋孔均為簡(jiǎn)支橋面連續(xù)體系。第5孔為斜轉(zhuǎn)正橋孔，單幅橫向各梁片不等長(zhǎng)。25 m橋孔為調(diào)跨橋孔，截面尺寸同30 m簡(jiǎn)支小箱梁一致。

本項(xiàng)目應(yīng)鐵路部門要求，上跨鐵路部分結(jié)構(gòu)形式力求簡(jiǎn)單，施工方便、快速，減少在鐵路上方施工時(shí)間；結(jié)構(gòu)應(yīng)受力合理、明確，滿足設(shè)計(jì)要求的耐久性和可靠度；結(jié)構(gòu)滿足鐵路運(yùn)營(yíng)安全及鐵路的規(guī)劃要求；上跨鐵路部分橋跨采用斜交方式，以利于橋下行車視覺(jué)通暢。鐵路兩側(cè)橋墩采用前右夾角55°布置，為方便后繼聯(lián)跨設(shè)計(jì)及施工，從5號(hào)墩開始正交布設(shè)，第5孔設(shè)計(jì)為異形跨，即斜交與正交跨的過(guò)渡跨?？紤]橋臺(tái)與路基的順適銜接，0號(hào)臺(tái)采用斜交、N號(hào)臺(tái)采用正交布設(shè)。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)擬建常規(guī)橋型跨越橋下不同地形、地物的各種限制條件，提出了幾種常用的橋梁布設(shè)思路及方法，通過(guò)對(duì)比選取了較為合理的斜交轉(zhuǎn)正交的布設(shè)方式，并對(duì)非常規(guī)角度（35°）的斜交跨及異形跨進(jìn)行了有限元分析，計(jì)算結(jié)果均滿足現(xiàn)有規(guī)范要求。橋跨布置較為可行、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為合理，本橋的設(shè)計(jì)對(duì)于常規(guī)橋型的設(shè)計(jì)有一定的借鑒意義。