整體式橋梁設計理念和實踐

時間:2022-07-31 11:12:17

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整體式橋梁設計理念和實踐

摘要:分析了整體式橋梁的結構特點和技術優勢,指出其構造的型式主要體現在橋臺設計承載型式上。歸納了整體式橋梁的設計理念和要點,與普通橋梁的區別主要體現在橋臺、樁柱、引道板的設計上面,并分析了設計注意要點。最后,討論了整體式橋梁的應用實踐問題,重點對其橋梁跨長、應用型式如彎橋和斜橋、基礎條件等方面的應用范圍進行了分析。相關總結和經驗可為整體式橋梁的設計實踐提供參考。

關鍵詞:整體式橋梁;結構設計;設計理念;應用技術;關鍵問題

1整體式橋梁的結構特點與技術優勢

1.1結構特點。整體式橋梁相對于一般橋梁的典型差別就是沒有伸縮縫和支座,通過引道板將道路與橋梁連接形成橋面連續的結構,通過樁柱將橋面結構與基礎結構連接,這使得橋面因為溫度或者混凝土收縮徐變產生的變形通過樁柱釋放,如圖1是整體式橋梁的典型構造示意圖。上部結構通過橋頭搭板連接橋臺和橋面,柔性樁可用于釋放上部結構的變形。整體式橋梁克服了伸縮縫和支座病害問題,減少了維修管養的成本,同時提高了橋梁的耐久性和抗震性能,不會出現橋跨落梁等典型的地震震害問題,同時極大地改善了橋跨結構的行車狀況。1.2結構型式。具體構造而言,整體式橋梁具有多種結構型式,這主要體現在橋臺的構造方法上面。框架式橋臺既能夠承受橋梁的豎向荷載也同時作為路堤擋墻承擔背后填土荷載。它與橋跨結構連接形成整體能夠傳遞剪力、彎矩和軸力。嵌入式橋臺則通過隔墻組成,包括咬合樁、板樁擋土墻和連續墻等作為橋梁的支撐結構受力體系,嵌入式橋臺嵌入到持力層一定深度來限制橋臺的變形。路堤墊式橋臺則主要針對于路堤填土低的情況,端部采用淺基礎進行支撐并兼做擋土墻作用,為了限制橋臺的縱向變形一般設置有足夠的重量以限制其翹起變形問題。端頭板式橋臺是與橋跨結構澆筑形成整體的幕墻結構型式,只用作擋土墻但不能承擔豎向荷載,橋跨結構的豎向荷載則通過獨立的支撐進行承擔。1.3技術優勢。整體式橋臺的技術優勢就是減少了伸縮縫和支座的使用,對于中小跨徑橋梁而言支座和伸縮縫是最容易產生病害的結構,因此運營中管理和養護的成本都比較大。通過整體式橋臺,支座和伸縮縫都可以不需要設計,因此可以優化運營管理成本,同時因為橋面的連續性使得橋跨結構在運營活載作用下振動變形小,相應的行車性能好同時橋梁的振動病害可以顯著降低。

2整體式橋梁的設計理念和要點

2.1橋跨結構。整體式橋梁的橋跨結構與普通的橋梁是相同的,因為整體式橋梁主要適用于中小跨徑橋梁,因此其橋跨結構可以采用整體式箱梁橋或者多肋式梁橋型式,例如預制裝配式空心板、T型梁、小箱梁等橋跨結構型式。橋跨結構的設計與普通橋梁沒有顯著的差別。2.2橋臺。整體式橋梁的橋臺構造與普通橋梁顯著不同,橋臺應該與主梁的端部進行固結連接形成整體以保證橋面的連續,橋臺的結構型式設計不同對應的受力行為也有所差異,如果采用帶蓋梁的柱式橋墩則縱向力主要通過橋臺背后的填土和路面承擔,小部分通過柔性樁柱承擔。整體式橋臺設計中應該考慮溫度變形的影響,合理的應該采用單排樁柱及低矮性橋臺,使得溫度產生的變形能夠得到釋放。2.3樁柱。樁柱的設計與傳統橋梁也有顯著的差別,在整體式橋梁中裝置承擔較大的縱向變形釋放功能,因此往往設計柔性樁柱同時要保證應有的豎向承壓性能,樁柱還需要考慮土體的變形約束效應,通過樁土聯合作用設計其構造尺寸,并考慮埋置土體中對樁柱的嵌固效應。2.4引道板。由于橋梁與路基的剛度存在顯著的差異,因此不能直接進行道路與橋梁的過渡,而需要采用引道板進行連接,確保剛度的過渡平緩,使得活載作用及路基長期沉降變形效應下能夠起到很好的連接確保行車的平順性。引道板的設計同時還應該有助于調節路基的排水,避免臺背填土的水凍結問題。

3整體式橋梁的實踐關鍵問題

3.1橋梁長度的應用限制。整體式橋梁因為橋跨結構與橋臺形成連接受力的整體,這使得橋跨結構的縱向變形需要樁柱和橋臺進行釋放,因此會因為橋臺背后較大的被動土壓力,同時橋頭搭板受力性能也受到一定程度的影響。顯然,橋梁的跨度越長,對應的變形問題越大,因此需要限制橋梁的應用長度。根據歐美國家整體式橋梁的應用實踐,一般規定其應用范圍在100m長度作用,對于上部是預應力混凝土結構的,長度限制在200m左右。3.2橋梁結構形式的應用限制。普通的中小跨徑橋梁都是直橋的設計型式,但是由于目前中小跨徑橋梁的設計主要是滿足路線的規劃,因此往往存在橋梁斜交的問題,或者需要采用曲線梁橋結構型式,斜橋存在一定程度的銳角區域的翹起變形特性,且這種變形特性隨著斜交角度增加更加顯著,這顯然不適用于沒有伸縮縫裝置的整體式橋梁結構,因此整體式橋梁的應用一般要求限制在40°以內的斜交范圍。曲線橋梁存在彎扭耦合受力效應,扭轉的存在使得同一截面左右兩側的豎向反力不同,這對于整體式橋梁而言可能存在一定的影響,因此整體式橋梁也要求盡量少應用于曲線梁橋結構上,且對其使用的曲線半徑進行限制。3.3基礎應用條件。整體式橋梁要求橋臺的樁基礎結構是柔性的,存在上部結構的變形問題。需要注意的是,如果下部基礎是巖石結構,且與橋臺梁底的距離很小,這使得橋臺樁柱的變形受到嚴重的限制,導致無法采用樁基礎結構,這種條件是不適宜采用整體式橋梁的。因此設計中需要考慮基礎的條件,對于樁柱嵌入巖石的長度少于8m的,不建議采用整體式橋梁結構。

4結語

整體式橋梁充分規避了伸縮縫和支座的運營病害問題,極大地減少了運營中對伸縮縫和支座的管養問題,可以優化運營養護成本,因此在中小跨徑橋梁結構中得到一定程度的應用。整體式橋梁通過橋臺和樁柱釋放橋跨結構的變形問題,具有較好的應用前景。首先分析了整體式橋梁的構造特點和技術優勢,指出其構造主要體現在橋臺的設計型式方面,不同型式下整體式橋梁的受力特點和傳力特性顯著不同;其次,總結了整體式橋臺的設計理念和要點,其橋跨結構與普通橋梁是一樣的,重點體現在橋臺、樁柱和引道板結構的設計上面;最后,歸納了整體式橋梁的應用實踐問題,主要闡述了其應用范圍及條件,包括橋梁跨徑、結構型式及基礎條件等方面。相關總結與研究,可為整體式橋梁的設計實踐提供參考。

參考文獻:

[1]趙長軍,鄔寧,雷波.英國整體式橋梁設計[J].世界橋梁,2012,(1):7-10.

[2]林志平,彭大文.整體式橋臺橋梁設計與實踐的發展現狀[J].世界橋梁,2005,(4):13-17.

[3]王旭.整體式橋梁結構特征分析[J].北方交通,2011,(12):49-51.

作者:王超 黃旭 單位:中咨集團路橋設計研究院分公司