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(shí)的孔跨布置稱為橋梁分孔或墩位選擇。孔跨布置是橋梁方案設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。橋梁跨徑的布置對(duì)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(jì)不足帶來(lái)的影響是在技術(shù)設(shè)計(jì)階段或施工階段是無(wú)法彌補(bǔ)的。本文通過(guò)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(xiàng)。
2 橋梁布跨原則
一座復(fù)雜的橋梁，不但要進(jìn)行不同橋式方案間的比較，而且往往要將同一橋式的幾個(gè)不同的分跨作為幾個(gè)不同的方案進(jìn)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(lái)進(jìn)行。布跨過(guò)程中需要特別注意的幾點(diǎn)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(jià)較低。一般來(lái)說(shuō)，地質(zhì)越差或下部結(jié)構(gòu)投資越大，此時(shí)應(yīng)綜合考慮上下部構(gòu)造的總造價(jià)，以選取經(jīng)濟(jì)，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(shí)，橋跨變化會(huì)顯得平順、流暢，結(jié)構(gòu)受力合理，工程更經(jīng)濟(jì)。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(shí)對(duì)稱T構(gòu)對(duì)跨度的要求。
例如，德國(guó)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(jì)算可得，墩高與跨徑的比值136/218.2≈0.62，因此整個(gè)橋梁比例協(xié)調(diào)，雄偉大氣，如圖1所示。
圖1 德國(guó)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(duì)于跨度不超過(guò)50m的簡(jiǎn)支梁橋，其跨度應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)跨度。以達(dá)到方便設(shè)計(jì)與施工，取得經(jīng)濟(jì)效益。
例如，我國(guó)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(zhǎng)90%以上的非通航孔，主要采用60m、70m等大跨徑的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制梁段，通過(guò)集中預(yù)制，整體吊裝，減少建設(shè)過(guò)程中海上惡劣天氣對(duì)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(zhǎng)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(dú)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(tái)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(dāng)橋梁上跨道路時(shí)，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(jì)洪水水位至少0.25m，必要時(shí)，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(shí)例
3.1 工程簡(jiǎn)介
中山東部快線欖橫路高架橋按六車道一級(jí)公路（兼具城市快速路功能）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)行車速度80km/h，公路－I級(jí)設(shè)計(jì)荷載，橋面凈寬2x12.5m。
3.2 設(shè)計(jì)過(guò)程
設(shè)計(jì)過(guò)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(guò)多繞行、線形指標(biāo)降低或征地拆遷大規(guī)模增加。
②橋型及橋跨選擇以經(jīng)濟(jì)、安全和滿足功能要求為前提，兼顧美觀為原則。
③橋型選擇盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)營(yíng)、養(yǎng)護(hù)費(fèi)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(zhǎng)控制在100～120m。
?、萋范闻_(tái)高控制在4～5m。
⑥沿線橋梁上部結(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(dāng)曲率半徑大于600m時(shí)采用預(yù)制小箱梁，當(dāng)曲率半徑小于600m時(shí)采用現(xiàn)澆連續(xù)箱梁。
?、咦笥曳鶚蛄哄e(cuò)開(kāi)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(tái)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(shí)，道路與高架橋斜角，如圖2所示。布孔時(shí)利用渠化交通的交通島來(lái)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(shí)通過(guò)引橋跨徑的布置來(lái)調(diào)正。
圖2 中拱路跨線橋
4結(jié)語(yǔ)
橋梁布跨是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，要從總造價(jià)，跨度，施工方法，美學(xué)因素等方面進(jìn)行綜合比較。對(duì)于較簡(jiǎn)單的中小橋可以快速定出其經(jīng)濟(jì)合理的跨徑。但復(fù)雜的大型橋梁，布跨過(guò)程不像結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算可以有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)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(tīng)取各方意見(jiàn)，取得經(jīng)濟(jì)合理的跨徑布置。
參考文獻(xiàn)
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作者簡(jiǎn)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(jì)工作。
