装配式简支梁桥优化设计探索

摘要：文章通过优化桥梁结构装配式简支梁达到整体提高桥梁性能目的，同时又可达到经济性要求。利用某公路桥装配式简支梁设计实践，提出结构优化措施并做出合理方案，通过分析优化方案能有效提高桥梁的承载能力和经济性。

关键词：梁桥；优化；荷载

装配式简支梁桥结构尺寸在施工中更容易标准化设计，这就使工业化施工成为可能，许多工作可以在工厂内完成。工地上也可以采用这种方式施工，完成大规模工业化预制生产，起重设备充分被利用起来，工地上可以大规模安装。目前我国已制定标准，跨径分别为10m，13m，16m，20m，文章研究方向确定为此类桥梁结构方面，主要是对优化方案进行分析。

1工程概况

1.1结构形式某公路装配式简支梁桥，标准跨径20m，桥面宽度为净7+2×1.5m，总宽10m。桥梁横截面布置（见图1）。1.2桥面布置桥面两侧为人行道，整体为一条直线，表面铺装沥青混凝土，厚度为2cm，双面为坡度1.5%的横坡，应用混凝土垫层使其达到设计厚度。人行道外侧桥面铺装混凝土，两侧厚度都可达到8cm。1.3主梁主梁相关数据（见表1）。1.4材料主要材料：①梁体：主梁C35；横梁C30；钢筋砼容重：25kN/m3；②钢筋：主筋，HRB335；构造钢筋HPB300；③桥面铺装：沥青砼，容重22kN/m3。1.5设计荷载设计你荷载（见表2）。

2装配式简支梁桥优化设计方案

2.1优化设计方案

优化设计方案（见图2）：①孔径布置：2×20m，全长62m，宽11.75m和15.25m.桥面设有2.0%的单向横坡，1.8%的纵坡；②主梁结构构造：上部结构T型梁。这部分以高强度混凝土为主，为了能使主梁轻型化可以利用大吨位预应力体系完成；③下部构造：钻孔灌注端承桩保证整个桥梁基础，圆端形实体墩组成桥墩；④施工方案：满堂支架浇筑为主要方法，设计全桥都应用此法进行施工。

2.2优化设计采取的措施

（1）截面优化设计采用箱型截面方案。设计主要部分在于横截面布置形式确定，首先是主梁横截面形式，其次确定主梁间距，明确各部分尺寸。横截面布置形式与多种因素有关，最主要因素就是梁式桥体系在立面上布置。除此之外建筑高度、施工方法也至关重要，同时设计上要考虑经济因素，外观上也有相应要求。近些年国内外有多个大跨径预应力混凝土桥梁建成，根据以往经验如果再继续增加跨径到20m以上最适宜采用箱形截面。这是由箱型截面多种优点决定的。作为闭合薄壁截面它具有较强抗扭刚度，这在悬臂施工中占有优势。较大的底板和顶板可以抵抗弯矩，对于正、负弯矩都非常有效，同时也可达到配筋要求。除此之外其动力特性也是主要一个方面。箱形截面形式多种多样，除单箱单室、双箱单室外，还有单箱双室、双箱多室等。从受力状态来看单箱双室截面更加明确，同时满足经济要求，施工过程中也能够更加方便。（2）桥梁矢跨比优化设计。拱肋平坦情况取决于矢跨比，与此同时拱脚水平推力也受其影响。以“五点重合法”为基准，如果拱轴线符合要求可计算拱脚水平推力，可用如下公式表示：（1）拱肋上部荷载集度用q表示，跨径用L表示，矢高用f表示。从上述公式得出结论：当跨径一定时拱脚水平推力与矢跨比成负相关。矢跨比在连续梁桥时为1/3.5～1/6，它对结构造型也有一定影响，直接决定外观美化程度，最合适分配比例以桥面为界，上矢高2/3f，下矢高f/3。对多个矢跨比进行计算，比较1/4～1/5各矢跨比所造成的景观效果，本桥设计中选择如下数据：矢高38m，矢跨比1/4.16，桥面上矢高25.5m，约为0.67f。（3）预应力梁桥优化。对于简支桥梁进行优化设计，采用预应力简支桥梁，使得其优点显现出来。相对普通装配式简支桥梁，这种结构可以使材料特性充分发挥出来，强度提高可以使结构轻型化成为可能。同时又避免混凝土开裂，使得连续梁桥大跨越成为可能，在一定程度上超越了钢筋混凝土连续梁桥。这种设计可以使梁桥变形和缓，刚度增加，同时又能减少伸缩缝，保证行车平稳，大幅度提高桥梁承载能力，养护方面也十分简便。预应力简支梁桥在施工中也显现出诸多优势，将矮箱梁及T型截面梁集零为整，可以更加便捷形成连续梁；20～50m跨径并宜等跨径布置桥孔，对施工要求不高，工艺成熟，更容易完成，不需要借助大型起吊设备；下部结构和预制梁可通过平行作业施工方式缩短工期。这些优点使得它的应用日益广泛，近些年此类桥梁建设越来越多，高等级公路桥梁更是如此。

3优化设计方案的优点

优点：①预应力混凝土结构首先在于对材料充分利用，使高强度材料能够发挥作用。高强度混凝土及钢筋可以提高梁桥承载能力，减小构件截面，从而大幅度降低自重弯矩占总弯距比例，达到提高桥梁跨越能力目的；②相对于钢筋混凝土梁桥更具有经济性，钢材被大量节省出来，最高可达到30%～40%，在大跨径梁桥中这种情况更加明显；③全预应力混凝土梁在使用中优势同样明显，不超过荷载情况下不容易出现裂缝，这种优势在部分预应力混凝土梁中也会显现出来，这种梁全截面参与工作因而钢度明显增加，较普通钢筋混凝土梁优势明显。由于采用预应力梁，高度将会大幅度减小，桥梁可以轻型化，美观性得以保障。裂缝减少可以提高桥梁实用性，适用于多种桥型，耐久性也明显增加。

4结束语

随着我国建设日益发展，交通变得越来越重要，缓解交通问题给人们生产生活带来的不便，装配式简支梁桥在诸多方面有其优势。文章以具体工程施工为基础，结合相应理论知识，通过对桥梁诸多方面进行优化设计，分析所带来益处。优化方案可以大幅度提高桥梁结构承载能力，同时又使耐久性得以提升，在经济上也占有优势。虽然装配式简支梁桥的优化设计的研究已经取得了很大的进步，但研究成果往往局限于一个一些典型的例子，与实际应用存在着很大的差距，在对于荷载的影响、约束、材料的选用等上面还有许多不足。

参考文献：

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[2]金莉,李国锋.京沪高速铁路(京徐段)跨线桥梁设计概述[J].铁道标准设计,2015,(急诊医学论文11):68-73.

[3]谢伟强.山区高速公路中等跨径桥梁设计要点[J].公路工程,2010,(6):59-62.

作者：陆军 单位：通道侗族自治县公路管理局

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