某高速公路互通匝道桥现浇箱梁变T梁可行性分析.pdf

FUJIANJIAOTONGKEJI福建交通科技圆园23 年第 5 期预制 T 梁桥具有结构受力清晰明确尧施工工艺成熟尧工期短尧桥梁适应范围大尧造价低等优点袁近年来广泛应用于国内各级公路工程建设中遥 但在我国西南省份山区高速公路互通区设计和建设中袁由于工程施工受自然地形条件影响较大袁互通匝道桥常出现高墩和平曲线小半径的不利组合袁这类平面小半径袁大纵尧横坡组合的桥梁一般都超出传统预制 T 梁桥的适用范围袁因此实际设计过程中大多选择现浇箱梁尧钢箱梁尧组合梁等其他上部结构形式遥目前现浇箱梁尧钢箱梁以及组合梁等结构的施工工艺虽已相对成熟袁但其仍具有施工周期长尧施工效率低袁建设成本高尧施工过程质量不易保证等缺点曰同时袁若桥位区域的地质条件较差袁则箱梁现浇施工以及钢箱梁的架设过程中袁临时施工措施和安全措施的成本和安全风险都会显著增高遥1T 梁在弯桥应用中的限制条件预制 T 梁桥在弯桥应用实例中袁 基于施工周期袁施工工艺尧流程尧难度和预制模板利用率等方面的考虑袁多采用以野直代曲冶的设计和建设理念袁即通过合理优化 T 梁横断面布置袁并适当调整 T 梁桥边梁外悬臂长度的方式袁 使梁场统一预制的直线 T梁在架设后可以实现弯桥路线功能的客观需求遥 但上述布置和调整方式袁使得这一类 T 梁桥在弯桥应用中的适用范围受到结构连续墩顶负弯矩钢束平曲线半径尧T 梁梁长的变化区间尧T 梁桥边梁外悬臂变化区间袁以及 T 梁桥面铺装厚度等因素的制约袁不同影响因素对于 T 梁的影响程度和实际应对处理方式不同遥1.1负弯矩钢束平曲线半径 r 对 T 梁适用范围的限制对于常规的结构连续预制 T 梁弯桥袁由于预制梁本身为直线梁袁实际设计和施工中一般选择在连续墩的墩顶现浇段内实现负弯矩钢束的平面曲线变化袁以避免负弯矩钢束在两侧的预制梁内出现弯折角袁造成负弯矩钢束损失较大袁影响结构受力和使用性能遥 根据图 1 中的平面示意渊O 为平曲线圆心冤袁 可以推得圆曲线上的 T 梁桥平曲线半径 R 与负弯矩钢束平曲线半径 r 的几何关系如下院R逸渊L伊r冤/s渊1冤式中院L 为预制 T 梁的理论跨径长度袁s 为 T 梁桥在结构连续墩墩顶处混凝土现浇段的宽度遥对于目前在高速公路中常规的 30 m 跨径预制T 梁袁即上式中 L=30 m袁则一般可取 s=0.7 m曰同时袁依照叶公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范曳渊JTG 3362-2018冤渊下文简称 野叶公预规曳冶冤第9.4.10 条院后张法预应力混凝土构件的曲线形预应力钢筋的曲线半径应符合下列规定院野钢丝束尧钢绞线束的钢丝直径小于或等于 5 mm 时袁 不宜小于4 m曰钢丝直径大于 5 mm 时袁不宜小于 6 m冶1袁对于目前较为常见的 椎s15.2 钢绞线袁 折算后钢丝直径约为 5.05 mm袁因此袁应取 r逸6 m遥 将上述数值代入某高速公路互通匝道桥现浇箱梁变 栽 梁可行性分析姻 贾凡鑫（辽宁省交通规划设计院有限责任公司，沈阳110166）摘要预制 T 梁工艺成熟袁工期短尧造价低袁广泛应用于国内各级公路工程建设中曰但山区高速公路互通区匝道桥受地形条件限制袁常出现高墩和平曲线小半径的不利组合袁这类小半径袁大纵尧横坡的桥梁大多选择现浇箱梁尧钢箱梁尧组合梁等为上部结构形式遥 结合贵州某山区高速在建 A 匝道桥的工程实例袁探讨了此类桥梁由现浇箱梁变 栽 梁的可能性袁相关经验可供类似工程参考遥关键词山区高速匝道桥现浇箱梁T 梁中图分类号院U445文献标志码院A文章编号院1674-8581渊2023冤05-0064-04桥隧工程64福建交通科技圆园23 年第 5 期式渊1冤袁则有院R逸30伊60.7=257 m图 1负弯矩钢束平面布置图1.2梁长变化范围对 T 梁适用范围的限制目前传统 T 梁桥的布梁方式主要分为野平行布梁法冶和野径向布梁法冶2 种袁其中袁所谓的野平行冶和野径向冶均是指桥墩尧桥台之间的渊相对冤位置关系遥野平行布梁法冶是指在确定设计基准线后袁将桥梁的每个桥墩和桥台的盖梁中心线按此基准线平行布置袁并在此基础上布置 T 梁遥 该方法的特点是同一跨内的 T 梁长度和梁端角度均相同袁但不同桥跨之间的梁长和梁端角度均不同袁且随着桥梁平曲线半径的减小袁梁端角度差别将显著增加袁此外袁不同墩台位置的盖梁尺寸也不同遥 野平行布梁法冶适用于桥梁跨径较小袁跨数不多袁且平曲线半径较大的情况袁对互通区常见的小半径弯桥并不适用遥 野径向布梁法冶是指在保证墩台中心线和路线设计线的切线方向夹角保持一致渊一般为 90毅冤的基础上袁通过选择合理的布梁基准线进行横桥向布梁遥 该方法可以保证墩台盖梁尺寸基本相同袁但同一跨内的各片主梁长度与梁端角均不同袁 且随着曲线半径的减小袁同一跨经内外侧 T 梁的梁长差值显著增加遥 野径向布梁法冶的适用范围相较野平行布梁法冶大遥 此外袁对于个别平面线形复杂的 T 梁桥袁当传统的布梁方式不满足路线线形需求时袁也可以采用野调整墩台角度布梁法冶2布置主梁袁该方法较为灵活袁可有效增大T 梁桥的适应性袁但会导致同一跨内 T 梁两端的梁端角和梁长袁 以及不同墩台的盖梁尺寸均不同袁设计和施工过程中难度较大袁实际应用较少遥对于目前山区高速公路互通匝道小半径 T 梁桥袁较为常用的是野径向布梁法冶曰如前文所述袁这种布梁法会导致同一跨内的 T 梁中袁内外侧边梁长度与标准跨径 L 出现一定偏差遥 根据图 2 可以推得桥梁的平曲线半径 R 与 T 梁内外侧边梁长度偏差 驻的几何关系如式渊2冤院R逸渊B2-T冤伊L驻式中院L 为预制 T 梁的理论长度袁B 为桥梁总宽度袁T 为边梁悬臂长遥图 2T 梁内外侧梁长变化对于目前在高速公路中常规的 30 m 跨径预制T 梁袁即式渊2冤中 L=30 m袁一般可取 T=1.175 m袁驻=0.5 m袁若令 B=22.1 m袁代入式渊2冤袁则有院R逸渊22.12-1.175冤伊300.5=592 m1.3边梁外悬臂变化范围对 T 梁适用范围的限制同样的袁对于前述的野径向布梁法冶袁预制的直线 T 梁一般可以采用调整边梁外侧悬臂长度的方式实现野以直代曲冶袁满足弯桥的路线要求遥根据图 3可以推得桥梁平曲线半径 R 与 T 梁桥边梁外悬臂变化量 T 的几何关系如下院图 3预制梁外悬臂轮廓示意T=渊R+B2冤伊渊1-cos渊L伊1802伊R伊装冤冤渊3冤式渊3冤中院L 为预制 T 梁理论长度袁B 为桥梁宽65FUJIANJIAOTONGKEJI福建交通科技圆园23 年第 5 期度袁r 为负弯矩钢束曲线半径袁R 为桥梁平曲线半径遥上述计算公式仍较为复杂袁故对式中的余弦函数项进行泰勒展开袁将该公式简化如下院T=L28R+BL216R2-L4384R3渊4冤对于目前在高速公路中常规的 30 m 跨径预制T 梁袁即式渊3冤中 L=30 m袁一般可取 T=0.2 m袁若令B=22.1 m袁代入式渊3冤袁则有院R逸573 m1.4铺装厚度范围对 T 梁适用条件的限制预制 T 梁桥的纵坡可以通过墩台盖梁高程来调整实现袁但桥梁横坡往往需要结合 T 梁预制横坡和桥面铺装共同实现遥 山区小半径 T 梁匝道桥常存在横坡较大的情况袁而从 T 梁预制尧运输和架设的稳定性尧安全性与经济性等综合角度考虑袁T 梁预制横坡较小渊一般取 2%冤袁导致桥面铺装的厚度在横向差别较大袁对 T 梁桥后期耐久性和行车舒适性造成一定影响遥 对于这种情况袁设计阶段需充分考虑上述影响因素袁尽量增加 T 梁预制横坡大小袁同时在保证结构承载力满足要求的前提下袁适当增大桥面铺装厚度袁保证最薄处桥面铺装满足后期桥梁运营行车的基本要求袁且桥面铺装不宜太厚袁以免影响铺装层自身的耐久性遥1.5小结综上所述袁 受连续墩墩顶负弯矩钢束平曲线半径尧T 梁内外侧梁长变化范围尧最外侧边梁外悬臂变化范围以及桥面铺装厚度等因素的影响袁传统预制 T 梁在小半径弯桥的应用范围存在一定程度的限制遥在实际工程中袁可通过针对性地采取将上部的结构连续 T 梁调整为桥面连续的简支 T梁渊以取消结构连续墩顶负弯矩钢束冤袁合理调整T 梁横向布置和湿接缝宽度袁以及适当增大 T 梁预制横坡等措施袁扩大 T 梁桥的适用范围遥 此外袁设计中还可以结合具体实例的特点袁对于 T 梁进行专项计算和设计袁适当突破常规 T 梁梁长和悬臂长度的变化范围区间袁从而更显著地提高 T 梁桥的适用范围遥2工程实例某西南省份山区高速公路互通 A 匝道桥袁原设计桥梁共计 2 联院3伊30 m+3伊30 m袁设计交角 90毅袁总桥长 194 m袁桥梁全宽 22.1 m渊桥面净宽 21 m冤袁原上部结构采用预应力混凝土结构连续箱梁袁下部桥台采用重力式 U 型桥台袁桥墩采用柱式墩袁桥台采用扩大基础袁桥墩均采用摩擦桩基础袁该桥立面图和平面图如图 45 所示遥 该桥平面位于圆曲线上袁圆曲线半径为 204 m渊右偏冤袁桥梁纵断面位于R=4851.9 m 的竖曲线上袁墩台采用常规径向方式布置袁最大墩柱高度为 18.4 m遥图 4某西南山区高速互通 A 匝道桥立面图渊原设计冤图 5某西南山区高速互通 A 匝道桥平面图2.1工程背景受互通区客观地形条件限制袁该高速公路互通A 匝道桥毗邻乡镇袁桥址位于洼地之上袁地表水丰富袁第 5 孔跨越饮用水水渠袁环境敏感度高曰桥位区表层松散堆积体较厚渊粉质黏土冤袁且下附基岩层为中风化泥岩袁岩性破碎袁遇水软化袁地质条件整体较差曰同时袁桥位附近房屋较多袁桥位区域道路纵横交错袁第 6 孔上跨县道袁交通繁忙袁施工期间需进行保通设计遥 可以推知袁本桥若采用传统预应力混凝土箱梁的支架现浇施工方案袁 会导致现场施工周期长袁软土地基支架施工难度大尧成本高袁同时施工过程中对居民正常生活及周边自然环境影响和干扰较大遥 因此袁结合桥位区域的实际情况袁经建设各方广泛讨论袁形成一致意见袁拟将该桥的上部结构形式由混凝土箱梁调整为预制 T 梁袁并通过架桥机进行高空架设施工遥2.2调整后方案基于该匝道路线平纵条件和桥位处实际情况袁结合本文前述内容袁 拟调整方案的具体情况如下院将该 A 匝道桥的上部结构调整为 6伊30 m 预应力混凝土简支 T 梁袁桥面连续曰下部结构在满足受力需求的前提下袁尽量维持原设计袁调整后桥梁立面见图 6遥桥隧工程66福建交通科技圆园23 年第 5 期图 6某西南山区高速互通 A 匝道桥立面图渊调整后冤本次调整方案中袁该匝道桥梁的横断面布置中采用 8 片 T 梁袁梁间湿接缝宽 709 mm袁标准悬臂长度 1015 mm曰同时袁在实际曲线布梁中袁最大悬臂长度控制在 1200 mm 以内曰T 梁长度变化范围在27.9830.93 m渊标准跨径 L=30 m冤袁T 梁断面布置见图 7遥图 7某西南山区高速互通 A 匝道桥断面图渊调整后冤可见袁由于本桥平面半径较小袁8 片 T 梁的梁长变化已超过 T 梁长度变化的常规范围渊30 m依0.5 m冤袁因此袁设计单位进行了专项计算和补充设计遥3结语预制 T 梁工艺成熟袁施工周期短袁造价低袁广泛应用于我国公路工程的建设袁但传统的野以直代曲冶设计理念袁使 T 梁的适用范围很大程度上受到负弯矩钢束曲线半径尧梁长变化范围尧边梁外悬臂变化范围以及桥面铺装厚度等因素的影响遥 本文总结了上述因素对于小半径 T 梁桥适用范围的具体影响袁在相关理论和经验的基础上袁推导并简化出相关计算公式曰同时针对不同的影响因素袁给出了工程中常见的具体调整应对的措施和建议曰进而结合国内某山区高速公路互通匝道的工程实例袁探讨了在满足一定条件的前提下袁将小半径桥梁上部结构由现浇箱梁合理优化为预制 栽 梁的可行性遥参考文献1中交公路规划设计院有限公司.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范院JTG 3362-2018S.北京院人民交通出版社股份有限公司袁2018.2向红袁彭波.装配式预制 T 型梁在宽幅小半径弯桥中的应用J.黑龙江交通科技袁2019袁42渊4冤院126-127.67