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论如何优化山区高速公路桥梁设计

时间:2024-11-02 05:06:05

摘要:针对山区高速公路桥梁曲线多、大跨高墩、地形地质复杂、施工环境差等特点,从桥梁支承体系选择入手,探讨做好山区高速公路桥梁设计优化的做法,为实际的桥梁设计工作提供参考借鉴。

【关键词】山区高速公路桥梁;桥梁设计;支承体系;上下部结构

山区高速公路桥梁设计需要考虑的因素较多,为保证设计质量,必须进行全方位综合考虑,把握每一个设计要点和影响因素,并结合现有技术条件,选择正确、先进、合理且经济的方式,以此真正做好设计优化,提高设计水平。

1.选择合适的支承体系

1.1简支

目前,简支梁桥的实际应用十分广泛,尤其是在山区高速公路当中,常用于中小跨径的公路桥梁,其优点包括:

(1)各孔的支承较为简单,且单独受力,互不影响,预制与架设都十分方便,对管理没有过高要求,成本相对较低;

(2)受力明确且简单,无附加应力,前期设计与受力计算都较为简便,具备实现标准化的内外部条件;

(3)属静定体系,受地基变形等因素的影响极小,对桥梁基础没有过高要求,在地基条件较差的区域仍可建造。

当然,也存在一些缺点:

(1)接缝较多,舒适性差,耐久性、整体性等均有待于改善;

(2)仅适用于中小跨径的桥梁,材料自身特性难以充分发挥;

(3)结构自重偏大,且支座数量多,下部结构尺寸因此往往较大,不利于美观性。

为解决以上问题,出现了一种新的支承体系,即为简支与桥面连续相结合,这一体系继承了普通简支全部优点,并且通过对桥面板实际厚度及连续长度的有效调整,减轻了结构自重,提高了舒适性。以某简支结合桥面连续T梁为例,其具有以下众多优势:

(1)有横纵两向刚度的形成,参与受力,减轻结构自重,为施工创造便利;

(2)采用现场浇注的方法进行桥面板施工,能对梁间距进行灵活调整;

(3)接缝数量大幅减少,能保证行车的平顺性,并提高耐久性及整体性。

图1简支-桥面连续T梁1.2连续支承

连续结构及其支承体系在山区桥梁也十分常用,这一体系主要有三种不同的形式:其一,现浇单支点连续;其二,先简支后单支点连续;其三,先简支后双支点连续。第一种形式与整体现浇结构相对应,目前使用较少。而如果桥梁处在半径较小的曲线段,则要采用这一形式。具体应用过程中,应注重弯桥支座布置,以及偏心支承等设计要点。第二和第三种形式均属先简支后连续范畴,与装配式结构相对应,预制与架设都较为方便,能很好的保证耐久性及舒适性,当前应用较多。

1.3刚构支承

山区高速公路桥梁以弯桥、高桥、长桥及坡桥居多。对曲线梁桥而言,因受到弯扭耦合作用,会向某点发生变形;对于纵坡长桥,其受汽车制动力等因素的影响,梁体会发生一定程度的滑移。在这种情况下,如果选择连续支承形式,则变形与滑移会使梁体实际受力难以平衡,导致支座脱空或直接破坏。因此,应选择刚构体系,以防以上现象的发生。

2.上、下部结构的设计优化

2.1上部结构

.1.1跨径布置

(1)跨径和墩高

在山区,其地形起伏往往较大,需根据地形来选择合适的跨径,不宜以墩高为主要因素进行频繁调整,如果墩高的实际变化也较大,则应实施跨径组合。若有多种方案可供选择使用,则需通过造价分析作出取舍,并优先考虑标准跨径。

(1)曲线跨径

山区中的曲线桥,如果梁长布置不相等,则应以曲线半径为依据,在对跨径及墩台中心线具体位置进行确定时,充分考虑以下要点:当曲率半径较大时,宜按照内弧长和标准跨径相等来布置,跨径达到标准,概念明确,有利于加快设计效率;当曲率半径较小时,宜按照中线弧长和标准跨径相等来布置,以减小梁长标准值和实际值的偏差。

2.1.2桥型结构

考虑到山区交通运输条件与场地条件都很差,故设计应以装配化与标准化为核心。对中小跨径的桥梁,应优先考虑装配式结构;对于半径较小的曲线桥,应优先考虑连续闭合箱梁,因为其具有良好的抗扭性能;对于大跨径桥梁,应优先考虑悬臂浇注。

2.2下部结构

2.2.1桥墩

桥墩有许多种不同形式,常用的有以下几种:重力式实体墩、板式墩、空心薄壁墩与柱式墩等,不同形式有不同的特点与适用情况。对于墩高小于25m的桥墩,大多为板式墩与柱式墩。圆柱的构造较为简单,在施工过程中易对质量和外观进行控制,而且和桩基之间的衔接也十分方便;方柱能和上部结构良好协调,在受力方面优于圆柱,特别是刚构体系,但要设置额外的连接,工程量较大。可见,在具体设计中,应结合上部结构、地形与墩高等因素,进行综合考虑,选出最佳结构形式。对于墩高在25-40m范围内的桥墩,大多为实心板式墩,截面既可以是矩形,也可以是Y形。

2.2.2桥台

在山区高速公路中,桥梁桥台通常选择桩柱式、重力式或肋板式,又以重力式U形台应用最多。研究表明,U形台最佳填土范围是4-10m,故其高度必须不能超过10m,在设计过程中应结合地形等条件进行分台阶。对于桩柱式桥台,因抗推刚度相对较小,所以如果联长度较大,或台后填土较高,则一般不允许使用。

2.2.3基础

统计表明,在山区桥梁当中,桩基础与扩大基础是两种最常用的基础形式。其中,桩基础通常为桩柱及嵌岩桩,在地质条件较差的段落,还会用到摩擦桩。而在地质条件良好的段落,多使用扩大基础,而在有较大横坡,或地质条件频繁变化的段落,则应重点考虑桩基础。在这种情况下,如果采用扩大基础的形式,则虽然借助分离式扩大基础,也难以满足地形地势方面的要求,为使地基达到预期的承载力要求,需要大量开挖,导致边坡容易处在不稳定的状态。除此之外,位于斜坡的桥梁扩大基础和桩基础,应充分考虑覆盖层的实际厚度与基础扩散角,并兼顾施工过程中可能受到的各类影响,在必要的情况下,采取有效措施提供稳定支护,如设置锚杆来形成挡墙等。

3.结束语

综上所述,山区高速公路桥梁普遍具有地形复杂、纵坡较大、高墩大跨等特点,使设计与施工都面临很大困难。因此,在实际工作中必须充分考虑所有特点,从结构体系选择入手,做好设计、计算和优化,以达到稳定可靠、技术先进和经久耐用的根本目标。

【参考文献】

[1]周泽箭.略论如何优化山区高速公路桥梁设计[J].江西建材,2017(23):175+180.

[2]陈晓明.设计新理念在山区高速公路桥梁中的应用探讨[J].工程建设与设计,2017(02):75-76.

[3]王欣.简析山区高速公路桥梁设计的关键问题[J].城市道桥与防洪,2016(04):84-86+10-11.
   

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