■高 雅

(蘇交科集團(tuán)股份有限公司，南京 210019)

0 引言

《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG B01-2014)和《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60-2015)(以下簡稱“新規(guī)范”)對公路橋涵汽車荷載進(jìn)行了調(diào)整[1-2]，50 m 以下的中小跨徑橋梁受到的影響最大。 原有交通部公路橋梁結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)系列通用圖(2006)[3](以下簡稱“部頒圖”)不能再直接使用,且部頒圖編制委員會已表示不再組織編制針對新規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)圖，因此新規(guī)范實(shí)施后，各設(shè)計(jì)單位都面臨重新編制通用圖的問題。 文章對荊門地區(qū)常用的后張法空心板和小箱梁進(jìn)行了驗(yàn)算和對比， 分析部頒圖在新規(guī)范下的適用度，并對不滿足要求的通用圖進(jìn)行修訂。

1 新規(guī)范汽車荷載的變化

1.1 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)

新規(guī)范中橋梁結(jié)構(gòu)安全等級的分類做了調(diào)整，《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60-2004)[4](以下簡稱 “舊規(guī)范”)按照特大橋、大、中、小橋等劃分安全等級，新規(guī)范則根據(jù)公路等級劃分：例如一級公路中小橋，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)由1.0 調(diào)整到1.1。 總體來說新規(guī)范提高了大部分橋涵結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)安全等級，提高了結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)。

1.2 汽車荷載等級

自2009 年起我國各地開始陸續(xù)取消二級公路收費(fèi)，部分二級公路的交通量和荷載水平有了較大增長[2]。因此新規(guī)范調(diào)整了二級公路汽車荷載等級。 舊規(guī)范二級公路采用公路-II 級，新規(guī)范調(diào)整為：一般情況下采用公路-I級，二級公路為非干線公路且重型車輛不多時(shí)采用公路-II 級。

1.3 汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)值

汽車荷載由車道荷載和車輛荷載組成。 車輛荷載的主要技術(shù)指標(biāo)未發(fā)生變化， 但在進(jìn)行荷載組合時(shí)其分項(xiàng)系數(shù)由1.4 提高至1.8， 橋面板的計(jì)算將受到較大影響；車道荷載的計(jì)算參數(shù)也進(jìn)行了調(diào)整：車道荷載由均布荷載qk和集中荷載Pk兩部分組成， 均布荷載qk保持不變，公路一I 級的集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值Pk有了較大變化，這一變化針對50m 以下的中小跨徑橋梁，詳見表1。

汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)值的修訂主要針對中小跨徑橋梁，源于中小跨徑橋梁在實(shí)際運(yùn)營中的汽車荷載超越舊標(biāo)準(zhǔn)的問題相對突出，而大跨徑橋梁與舊標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)性較好[1]。

表1 新舊規(guī)范集中荷載Pk 取值

1.4 橫向車道布載系數(shù)

新規(guī)范增列了單車道的橫向車道布載系數(shù)， 多車道的橫向折減系數(shù)未做變化。

2 部頒圖驗(yàn)算

荊門市地處漢江中下游，境內(nèi)溪泉庫渠縱橫，地區(qū)兼有低山坳谷區(qū)、丘崗沖溝區(qū)和平原湖區(qū)地貌。后張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板和預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁能很好的適應(yīng)當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛矖l件， 是荊門地區(qū)最常用的橋梁上部結(jié)構(gòu)形式。橋梁跨徑10m≤L≤16m 時(shí)上部結(jié)構(gòu)采用后張法空心板，跨徑20m≤L≤40m 時(shí)采用小箱梁，新規(guī)范實(shí)施前均使用部頒標(biāo)準(zhǔn)圖。 新規(guī)范實(shí)施后原基于舊規(guī)范編制的部頒圖能否適用、如何修訂，是設(shè)計(jì)過程中必須面臨的問題。

2.1 空心板

選取公路-I 級汽車荷載、B=24.5m 斷面、簡支結(jié)構(gòu)的部頒圖空心板，分別驗(yàn)算10m、13m、16m 跨徑。 斷面布置見圖1。 以橫向分布最不利單梁的跨中彎矩為研究對象，對比新舊規(guī)范汽車荷載工況下的彎矩變化見表2， 承載能力富余度見表3。

圖1 B=24.5m 斷面16m 空心板橫斷面布置圖(單位:mm)

表2 新規(guī)范汽車荷載空心板跨中彎矩增大比例

表3 新規(guī)范汽車荷載空心板跨中承載能力富余度

(1)車道荷載集中力增大后，邊板和中板的跨中彎矩增大比例在9%～17%之間，同跨徑中板、邊板彎矩增大比例基本一致； 跨徑越小受活載影響越大, 彎矩變化越明顯。

(2)新規(guī)范汽車荷載下各跨度空心板的承載力富余度下降明顯，10m 空心板、13m 空心板邊板承載力已經(jīng)不能適應(yīng)新荷載的要求，13m 中板、16m 空心板承載力尚可滿足要求，但富余度已接近臨界值。

(3)由以上驗(yàn)算可知，部頒圖空心板已基本不適用于新規(guī)范公路-I 級汽車荷載。

2.2 小箱梁

選取部頒通用圖公路-I 級汽車荷載、B=24.5m 斷面的預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁， 分別驗(yàn)算4×20m、4×25m、4×30m、4×35m、4×40m 跨徑。 驗(yàn)算結(jié)論如下：

(1)新規(guī)范汽車荷載作用下各跨徑小箱梁的承載能力均能滿足要求，但承載能力富余度有所下降，尤其邊梁的承載力富余度最小。 這是由于小箱梁配束區(qū)分中、邊跨，不區(qū)分中、邊梁，即同一跨內(nèi)中、邊梁配束一致，因此同樣位置處中梁的承載力富余略大于邊梁， 汽車荷載變化后也呈現(xiàn)這一規(guī)律。 以4×20m 跨徑跨中彎矩承載力富余度為例，中跨邊梁富余度接近臨界值，中梁富余度尚可，詳見表4。

表4 4×20m 小箱梁跨中彎矩承載力富余度表

(2)車道荷載集中力增大后，中梁、邊梁的跨中彎矩增大比例在1.1%～7.6%之間，同跨徑中梁、邊梁彎矩變化比例基本一致；同樣是跨徑越小受活載變化影響越大，彎矩變化越明顯。 對比新舊規(guī)范汽車荷載工況下的彎矩變化見表5。

(3)部頒圖20m 跨徑小箱梁不推薦直接使用，并需要加強(qiáng)主拉應(yīng)力驗(yàn)算。

(4)部頒圖其他跨徑小箱梁需驗(yàn)算通過后使用。

3 上部結(jié)構(gòu)通用圖修訂

由驗(yàn)算可知，新規(guī)范汽車荷載作用下，部頒圖空心板跨中彎矩增大比例最大達(dá)17%，承載能力下降明顯；部頒圖小箱梁跨中彎矩增大比例最大為7.6%，承載能力基本滿足要求。 根據(jù)受力計(jì)算及剛度需求，在部頒圖基礎(chǔ)上，上部結(jié)構(gòu)作出如下調(diào)整。

3.1 空心板梁高增加5cm

目前空心板橋在運(yùn)營中廣泛反映出剛度偏小的問題，考慮到汽車荷載重型化，同時(shí)結(jié)合結(jié)構(gòu)耐久性要求，修訂的通用圖在部頒圖基礎(chǔ)上增加了5cm 梁高，以保證空心板的安全儲備和耐久性，同時(shí)可以增大剛度，減少撓度。 增加5cm 梁高，截面慣性矩提高17%～24%，效果顯著。

表6 空心板梁高及中板跨中斷面慣性矩提高系數(shù)表

3.2 空心板現(xiàn)澆層厚度調(diào)整至15cm

空心板結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系較弱， 運(yùn)營中存在大量鉸縫開裂導(dǎo)致的單板受力現(xiàn)象， 將10cm 現(xiàn)澆層厚度調(diào)整為15cm，不僅增強(qiáng)橫向聯(lián)系，同時(shí)抵抗橋面板驗(yàn)算中車輛荷載分項(xiàng)系數(shù)的提高。

3.3 取消16m 空心板連續(xù)結(jié)構(gòu)

部頒圖中16m 空心板有簡支和連續(xù)兩種結(jié)構(gòu)類型。連續(xù)結(jié)構(gòu)可抵消一部分跨中彎矩，同時(shí)行車舒適性好。而空心板用作中小跨徑， 結(jié)構(gòu)簡支或連續(xù)對行車舒適性的影響不明顯，材料節(jié)省也非常有限。 對比11.25m 橋?qū)拑煞N結(jié)構(gòu)的一孔材料數(shù)量表，鋼束用量：連續(xù)結(jié)構(gòu)是簡支結(jié)構(gòu)的0.98 倍，鋼筋用量：連續(xù)結(jié)構(gòu)是簡支結(jié)構(gòu)的1.26 倍。且簡支結(jié)構(gòu)施工便捷、節(jié)省工期，因此修編圖紙僅保留簡支結(jié)構(gòu)空心板。

3.4 調(diào)整20m 小箱梁鋼束規(guī)格

邊跨N1 及中跨N2 鋼束[3]編束增加一股，邊跨N1：4Φs15.2mm→5Φs15.2 mm, 中跨N2:3Φs15.2mm→4Φs15.2 mm。使其彎矩承載力富余度與舊規(guī)范汽車荷載作用下相當(dāng)。

4 空心板工程量對比

以B=24.5m 斷面單幅12m 橋?qū)挒槔抻喦昂笠豢咨喜恐饕こ塘恐笜?biāo)對比見表7。

表7 12m 橋?qū)捒招陌逡豢咨喜抗こ塘恐笜?biāo)

受截面高度提高影響，修訂后空心板每m2混凝土用量有所增加，但仍在合理范圍內(nèi)。 每m2鋼絞線指標(biāo)略有提高，影響很小。 鋼筋用量增長較大，主要原因是修訂后的空心板為加強(qiáng)安全儲備，增大了鋼筋直徑，部頒圖鋼筋用量較節(jié)省、 經(jīng)濟(jì)， 如將原圖中直徑12mm 主筋調(diào)整為16mm，直徑6mm 箍筋調(diào)整為10mm 等；另外空心板截面尺寸增加也是原因之一。

5 結(jié)論

通過對比、分析新老規(guī)范的不同，根據(jù)新老規(guī)范對部頒圖空心板、小箱梁的承載能力進(jìn)行了驗(yàn)算和對比分析，可以得出：10m、13m、16m 跨徑后張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板已不能直接使用；20m 跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁承載能力富余度不夠， 其他跨徑小箱梁應(yīng)在驗(yàn)算通過后再使用。

結(jié)合荊門當(dāng)?shù)氐墓こ探ㄔO(shè)經(jīng)驗(yàn)， 對不滿足新規(guī)范汽車荷載要求的空心板及20m 跨徑小箱梁通用圖進(jìn)行了修訂：增加空心板梁高、增加現(xiàn)澆層厚度、取消空心板連續(xù)結(jié)構(gòu)， 以及調(diào)整小箱梁配束。 修訂后的上部結(jié)構(gòu)通用圖，已在多個(gè)建設(shè)項(xiàng)目中得到應(yīng)用，并將根據(jù)施工反饋和運(yùn)營情況持續(xù)進(jìn)行修改和完善。