橋梁布跨分析
2015-04-08
1 引言
橋梁常常用于跨越河流、峽谷、農(nóng)田、公園或道路等，跨越這些障礙物時的孔跨布置稱為橋梁分孔或墩位選擇?？卓绮贾檬菢蛄悍桨冈O(shè)計的一項重要內(nèi)容。橋梁跨徑的布置對橋梁的使用性能、總體美觀等起著決定性的作用，方案設(shè)計不足帶來的影響是在技術(shù)設(shè)計階段或施工階段是無法彌補的。本文通過中山東部快線欖橫路高架橋的橋跨布置，分析了橋梁孔跨布置的注意事項。
2 橋梁布跨原則
一座復(fù)雜的橋梁，不但要進行不同橋式方案間的比較，而且往往要將同一橋式的幾個不同的分跨作為幾個不同的方案進行比較，以求得較優(yōu)的方案。橋梁布跨應(yīng)結(jié)合橋址工程條件，如地形、地貌、地質(zhì)、地震、水文、氣象、通航、跨度、材料、荷載、施工方法、美學(xué)因素等情況來進行。布跨過程中需要特別注意的幾點如下：
2.1 橋梁孔跨的布置，除滿足橋梁功能及其他條件的要求外，應(yīng)使其總造價較低。一般來說，地質(zhì)越差或下部結(jié)構(gòu)投資越大，此時應(yīng)綜合考慮上下部構(gòu)造的總造價，以選取經(jīng)濟，合理的橋跨。因此，橋梁孔跨布置往往表現(xiàn)為：引橋小于主橋，邊跨小于中跨。
2.2橋或拱橋相鄰跨度的比值（小跨比大跨）宜在0.4~1內(nèi)，接近0.618時，橋跨變化會顯得平順、流暢，結(jié)構(gòu)受力合理，工程更經(jīng)濟。懸臂施工的連續(xù)梁橋或連續(xù)剛構(gòu)橋，其跨度應(yīng)滿足施工時對稱T構(gòu)對跨度的要求。
例如，德國的Moselle-Valley-bridge，最大墩高約136m，其跨徑組合為（156.8+218.2+170.5+146.1+133.9+109.6） m，計算可得，墩高與跨徑的比值136/218.2≈0.62，因此整個橋梁比例協(xié)調(diào)，雄偉大氣，如圖1所示。
圖1 德國Moselle-Valley-bridge
2.3 同一區(qū)段內(nèi)，橋梁的孔徑與式樣應(yīng)力求統(tǒng)一；同一座橋梁，除通航或其他要求外，應(yīng)盡量采用相同的結(jié)構(gòu)并且等跨；對于跨度不超過50m的簡支梁橋，其跨度應(yīng)采用標準跨度。以達到方便設(shè)計與施工，取得經(jīng)濟效益。
例如，我國建造的東海大橋、杭州灣大橋兩座跨海大橋中，其非通航孔的工程量都非常巨大，占橋梁總長90%以上的非通航孔，主要采用60m、70m等大跨徑的標準預(yù)制梁段，通過集中預(yù)制，整體吊裝，減少建設(shè)過程中海上惡劣天氣對施工的影響，加快施工速度，保證施工質(zhì)量。其中杭州灣大橋總長35.7km，其橋跨布置如下：
北引橋：3.5+15×30+10×50+3×60+50+50+80+50+24×50+7×70=3053.5m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋；
北航道橋：70+160+448+160+70=908m五跨連續(xù)雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋；
中引橋：14×70+134×70+10×70=11060m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋；
南航道橋：100+160+318=578m三跨連續(xù)獨塔雙索面鋼箱梁斜拉橋；
南引橋：10×70+86×70+203×50+80+5×50+60×30+50+34×30+3.5=20073.5m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋。
2.4 起橋高度一般綜合考慮橋臺處地質(zhì)情況，美觀等。市政橋梁一般考慮美觀，橋頭填土高度偏低。
2.5 當橋梁上跨道路時，為了避免采用較大跨度，降低建筑高度，節(jié)省投資，往往考慮是否于道路的中央分隔帶處設(shè)墩，從而兩跨或多跨跨越道路。
2.6 橋梁中線宜與河道洪水流向正交，避免水流在橋頭形成水袋而產(chǎn)生三角回流，影響線路或橋梁安全；橋跨結(jié)構(gòu)應(yīng)高出設(shè)計洪水水位至少0.25m，必要時，尚應(yīng)考慮壅水高、波浪侵襲高、局部股流涌高、斜水流局部沖高、河彎超高、河床淤積或漂流物等的影響。
3工程實例
3.1 工程簡介
中山東部快線欖橫路高架橋按六車道一級公路（兼具城市快速路功能）標準設(shè)計；設(shè)計行車速度80km/h，公路－I級設(shè)計荷載，橋面凈寬2x12.5m。
3.2 設(shè)計過程
設(shè)計過程中高架橋總的布孔原則如下：
?、傺鼐€雖然橋梁較多，但原則上橋位、橋型應(yīng)服從路線和立交，不應(yīng)因橋位、橋型的選擇造成路線、立交過多繞行、線形指標降低或征地拆遷大規(guī)模增加。
?、跇蛐图皹蚩邕x擇以經(jīng)濟、安全和滿足功能要求為前提，兼顧美觀為原則。
?、蹣蛐瓦x擇盡可能采用標準化、系列化和便于集中預(yù)制的構(gòu)件；為增加行車舒適性及減少橋梁后期的運營、養(yǎng)護費用，盡可能采用結(jié)構(gòu)連續(xù)。
?、軜蚩绶致?lián)結(jié)合伸縮縫的選型，聯(lián)長控制在100～120m。
?、萋范闻_高控制在4～5m。
?、扪鼐€橋梁上部結(jié)構(gòu)，較多采用25m跨預(yù)應(yīng)力砼小箱梁；高架橋的變寬段以及立交的主線橋一般采用現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁；立交的匝道，當曲率半徑大于600m時采用預(yù)制小箱梁，當曲率半徑小于600m時采用現(xiàn)澆連續(xù)箱梁。
?、咦笥曳鶚蛄哄e開布置，以跨越被交道路和河流，用邊跨或引橋調(diào)整孔徑將左右幅橋臺或引橋墩逐漸調(diào)至呈橫向正交并列。
高架橋跨越省道S111（中拱路）時，道路與高架橋斜角，如圖2所示。布孔時利用渠化交通的交通島來設(shè)置橋墩，以減小橋梁跨徑。又因高架橋與道路斜交，左右幅橋墩未正交并列，布孔時通過引橋跨徑的布置來調(diào)正。
圖2 中拱路跨線橋
4結(jié)語
橋梁布跨是個復(fù)雜的過程，要從總造價，跨度，施工方法，美學(xué)因素等方面進行綜合比較。對于較簡單的中小橋可以快速定出其經(jīng)濟合理的跨徑。但復(fù)雜的大型橋梁，布跨過程不像結(jié)構(gòu)設(shè)計計算可以有嚴格的標準規(guī)范等依據(jù)，人的主管因素影響比較大，因此需綜合考慮各種條件，充分論證其孔跨布置的合理性，聽取各方意見，取得經(jīng)濟合理的跨徑布置。
參考文獻
[1] 中華人民共和國行業(yè)標準（JTJ D60-2004）《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》.北京:人民交通出版社,2005.
[2] 張師定.橋梁建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)思與設(shè)計技巧[M].北京:人民交通出版社,2002 .
[3] 楊德燦.梁式橋橋型方案比選分析[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(城市科學(xué)版).2007,24（3）,70-73.
[4] 高冬光. 公路橋涵設(shè)計手冊:橋位設(shè)計[M]. 北京:人民交通出版社，2000.
[5]竇文俊.幾座大跨徑城市橋梁通航標準和通航孔徑布置的探討[J].城市道橋與防洪.1990,1,11-13.
作者簡介：龔巧艷(1982--)，女，湖南桃江人，漢族，碩士，路橋工程師，從事道路與橋梁設(shè)計工作。
