公路配置论文：地方公路配置式桥梁设计诌议

论文栏目:桥梁设计法论文 更新时间：2013-1-18 10:58:53

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作者：张定马 单位：武汉中咨路桥设计研究院有限公司
由于山区高速公路对桥梁结构的美观要求相对较低，除跨越超高沟谷等特殊路段之外，根据经济性比较，常规预制结构的桥梁上部构造均采用技术成熟，施工便捷，吊装重量轻，造价节省的预应力混凝土T梁，先简支后结构连续或刚构体系。桥梁下部构造经济比较高度小于40m的桥墩当桥墩高度小于40m时，桥墩多采用柱式墩。柱式墩根据外形，分为圆柱和方柱。圆柱施工中外观质量容易控制，且与桩基连接方便，施工较方便。截面积相等的方柱和圆柱，方柱与圆柱的抗弯刚度之比为1．05∶1，从受力上看，方柱受力优于圆柱。方柱的缺点是墩柱与桩基之间是通过帽梁连接，增加了工程数量，并且山区地面横坡较陡，帽梁构造增加了边坡不稳定性。因而现在较多的选用圆柱墩，下面就桥墩高度小于40m时，通过不同跨径、不同墩高配不同桩柱尺寸桥梁的造价分析，得到桥梁经济性比较表(以半幅一联桥长计算，桩长考虑沿线地质情况差异后取加权平均值，20m，25m跨径桩长20m，30m，40m跨径桩长22m，均按端承桩计算)。使得其经济性最优。分析结果表明最佳跨径组合为:平均墩高在20m以下时采用20mT梁;平均墩高在20m～25m时采用25mT梁;平均墩高在25m～35m时采用30mT梁;而平均墩高在35m～40m时采用40mT梁。高度大于40m的桥墩一般矮墩设计由强度控制，但是当桥墩高度大于40m时，桥墩须考虑稳定问题。桥墩的稳定从失稳形态上分为面内失稳和面外失稳，从失稳时的平衡状态可分为支点失稳和极值点失稳，从是否考虑材料非线性及几何非线性又分线性失稳和非线性失稳。工程中习惯把线性稳定问题称为一类稳定，把考虑材料非线性和几何非线性稳定问题称为二类稳定。工程中一类稳定系数一般不小于4～5，但是一类稳定是假定构件为理想中心受压杆，实际结构由于施工、制造、安装等误差，很难达到这一理想状态，实际的桥墩轴线可能出现偏差，高墩在水平荷载作用下将产生很大的变形等。故考虑结构的初始缺陷、几何非线性、材料非线性的二类稳定分析更接近真实。因为二类稳定分析的最终状态达到塑性变形而破坏，因此，桥梁结构的二类稳定安全系数与强度安全系数是一致的，按照JTGD62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范，取荷载系数为1．2，设计强度对应的混凝土安全系数为1．25，结构工作条件系数为0．95，则要求钢筋混凝土结构的整体安全系数不小于1．2×1．25/0．95=1．58，即二类安全系数也要求不小于1．58。按照上述原则，对高度在40m～80m之间的桥墩作稳定性分析(高度大于80m时，一般选用连续刚构桥型)。
一般当路基中心填方高度大于20m时，须做桥梁和路基方案的比较。当地形为“U”形且横向坡度较陡，路基边坡要放较远时，填土运距远，考虑到土方数量及边坡稳定性，此时可采用架桥方案。当地形为收敛较快的“V”形峡谷，且与隧道相近，为消化隧道废方，路基方案比桥梁方案更具有经济性、环保性、安全性。因为废方可以就地消化，有利环保;填方运距很近，经济上占优;“V”形峡谷纵向坡度较陡，场地局限，若架桥，施工难度大。因此，对于填土高度大于20m的路段，应根据地形、地质条件综合比较后决定是否设置桥梁。陡边坡上的桥梁设计山区高速公路地形横坡陡峭，有时候半幅路填方较高，另外半幅路处在浅填或者挖方上。此时就需要半幅路设置桥梁，半幅路设置路基。做路基的部分需要设置挡土墙。桥台由于山区地形、地质的特点，一般横、纵向坡度较陡，岩层较浅，持力层较好。为了能够台前放坡，减少开挖，桥台尽可能采用重力式U形桥台，扩大基础。在地势较平坦、坡度较缓、地质较差的地方，可采用柱式台、肋板台，桩基础。当地势很陡、地质较差，不能采用上述3种桥台的情况，可采用U台配桩基础。U形桥台台后填土高度一般控制在8m以内，柱式台、肋板台台后填土高度分别控制在5m，12m以内。U台应根据地形在横、纵桥向分别设置合理台阶，以减少开挖，节约圬工量。支座设置山区高速公路桥梁桥墩一般较高，考虑山区高速公路纵坡较大，常年温度作用下，上部构造有向下坡移动趋势，增加主梁纵向限位措施，如墩梁固结的方法来防止主梁运营期间纵向滑移。
在分联墩或者较矮的桥墩上设置支座，支座应考虑曲线桥由于扭矩造成的支反力外，还需考虑曲线桥变形引起的变位方向的差异，可以设置盆式支座来满足上述要求，同时盆式支座较板式支座的寿命长，也可避免高墩支座检修的麻烦。伸缩缝的设置曲线桥由温度变化、混凝土收缩、徐变引起的伸缩，会因内外侧梁长不同而不同，造成曲线桥梁比直线桥梁的伸缩量要大。此外，还需考虑长大纵坡下梁体向下坡位移的影响。故曲线、长大纵坡桥梁所选用伸缩缝的伸缩量要比常规桥梁大。以高墩、曲线、大纵坡为特点的山区高速公路装配式桥梁的设计，应充分考虑高墩的稳定性以及曲线、大纵坡给桥梁结构带来的附加力。注意曲线扭矩、大纵坡水平力、弯坡组合下的动态增量对结构的影响。

• 参考文献：http://www.zhazhi.com/lunwen/sjlw/qlsjflw/38382.html
  
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