整体式桥台无缝桥梁设计

赵云鹏

【摘 要】桥梁伸缩装置易损问题一直是公路交通的一大难题。伸缩缝长期暴露在大气中，使用环境恶劣，直接承受着交通荷载，伸缩装置极易破损，随之引起桥面和梁板结构的破坏。同时，伸缩缝的失效又会增大车辆冲击力，恶化行车状况和桥梁受力，形成恶性循环。据不完全统计，我国公路桥梁中70%以上都存在桥梁伸缩装置破坏和桥上、桥头跳车等现象。多年来，国内外学者做了大量研究，提出了各种形式的伸缩装置，但伸缩缝易损问题一直没能得到很好地解决。基于此，本文就整体式桥台无缝桥梁设计进行分析与研究。

【关键词】整体式；桥台；無缝桥梁设计

引言

桥梁是基础建设中不可缺少的一部分，在经济建设、政治建设，甚至在国防建设中都占据着很重要的地位。为了桥梁建设的优质和高效，我们在桥梁建设中必然要遵循一些重要的原则。“万物皆通”的原则是不存在的，原则之下不一定会产生大量的优秀作品，却能够杜绝一些非优秀作品，可见原则的必要性。

一、桥台无缝化构造形式

目前，国内外对于桥台处取消伸缩缝和伸缩装置的做法主要是采用全整体式桥台、半整体式桥台和延伸桥面板式桥台。结构形式如图1（a）～（c）所示。

图1桥台无缝化构造形式

全整体式桥台指梁与桥台之间不设伸缩缝、无伸缩装置，也不设支座，桥台与梁采用全弯矩连接方式，是一个整体，一起伸缩变形，台下设置柔性桩，与台后填土一起吸纳梁体变形，其实质为桥梁结构与土的共同作用。半整体式桥台指梁与桥台之间取消了伸缩装置，但保留桥台处的滑动支座，上部结构与下部刚性基础相互独立，桥台与梁采用零弯矩连接方式，由梁端与台后填土来吸纳梁体变形，其实质为桥梁结构与土的共同作用。延伸桥面板式桥台指主梁与延伸的搭板紧密相连，梁与搭板下设置滑动支座，并在搭板下设置枕梁，防治垫层脱空，梁的变形延伸至搭板末端，利用外延的搭板与接线路面吸纳梁体变形。三种无缝桥台形式都可用于新建桥梁和既有桥梁的无缝化改造中，有各自的特点和适用性，需要根据桥梁的具体实际，由主体结构、下部结构、土壤地质情况等参数来选定。

二、无缝桥梁的计算模型

在建立桥梁模型时，将桥台、桥墩与桥梁的上部结构固结，交点处形成刚臂，内力计算中按照墩台的刚度来分配结构内力。桩基的计算长度取至最大冲刷线位置，按照柔性桩来计算桩基的各种参数属性。桥面铺装及防撞护栏以均布荷载的方式来施加，活载以单列车队乘以横向分布系数加载。

（一）主梁单元划分。整体式桥台无缝桥梁的内力计算除了考虑桥面板处，还必须将整体式桥台、墩柱和土的作用都纳入到整个计算模型中。为了与桥梁的墩台固结，在计算模型中划分桥面板单元时，让空心板单元节点正好与墩柱的中心位置重合，以便于对这些节点采用主从约束，使之固结形成刚臂。由于盖梁本身刚度很大，加之与主梁现浇段完全刚性连接，所以桥梁建模时省略盖梁单元，而是把桥墩单元直接与临近主梁单元设置主从约束来表示固结处的刚性连接。另外，桥梁现浇段采用钢筋混凝土构件，对于这部分在计算中可以只计入荷载，而不使其参与受力。空心板单元平均长度取1m即可满足精度要求。全桥模型如图2所示：

图2全桥模型单元及墩梁的固结方式示意图

（二）考虑台后填土。根据《公路桥涵设计通用规范》中4。2。3计算台后土压力，并考虑柱式墩台土压力的计算宽度。按照库仑土压力假设条件计算台后填土为密实砂土的主动土压力和被动土压力，在模型计算中考虑这2种土压力效应，在计算下部结构的强度时，按照最不利工况进行升温荷载与被动土压力组合或者降温荷载和主动土压力组合。

（三）边界条件———桥墩、台底弹性约束考虑。在桥梁博士计算中，建立桥梁模型的时候考虑下部和桥面板固结，整座桥的外部约束为墩、台底约束。在实际工程中，桩基不是完全固定在土层中的，根据JTGD63-2007《公路桥涵地基和基础设计规范》，采用我国水利、公路及房屋建筑等领域在桩的设计中常用的“m”法，计算桩顶的弹性系数，即为墩台底的弹性约束系数。

三、加强桥梁工程设计的措施

（一）优化道路桥梁的设计方案。道路桥梁的设计与传统的设计存在很多的不同之处。因为道路桥梁是存在于客观的环境之中的，那么在设计道路桥梁的方案时就不应该是纸上谈兵，在设计之前应该对于建设道路桥梁的环境进行考察，在准确研究环境之后，再根据环境进行道路桥梁的设计。道路桥梁的设计不仅仅在环境方面在材料的使用，结构的设计方面都应该仔细琢磨。在满足各种条件之后，在保证质量的前提下，应该尽量延长道路桥梁的使用年限。

（二）提高设计人员的专业素质。道路桥梁与人们的生活息息相关，他不仅仅影响着人们的生活质量更是关系着人们的出行安全，所以加强道路桥梁的质量是必须的。首先应该加强设计人员的专业素质。加强道路桥梁设计人员的意识，使他们深刻的认识到道路桥梁质量的重要性。其次应该应该加强设计人员的专业素质，自觉提升自身的专业知识水平与能力水平，积极学习、善于更新自己的知识结构，具备积极创新理念，善于统筹兼顾、全面考虑，在道路桥梁建设的过程中节省成本是可以接受的，但是应该在保证质量的前提之下进行。目前很多的高校开展了与道路桥梁相关的专业，企业可以与高校合作，对于在校生就进行相关的专业道路桥梁的培训，从高校直接培养人才。同样的不得不强调的还是道路桥梁的耐久性的问题，在道路桥梁的设计过程中，设计人员应该加强对于耐久性方面的重视。

（三）保证桥梁设计的经济性。所谓“经济性原则”，即为用最少的人力、物力获得最大的收益或成果。但是，有些地方的桥梁在建设时，考虑更多的如何提高当地政府的政绩，而忽略了桥梁建设的经济性原则。因此，我们经常可以看到很多世界一流的桥梁，在设计、建设时打破了某一项新纪录，但这些桥梁建成之后的使用情况却很少有媒体报道。为了降低施工费用，在设计桥梁时，设计人员要尽量设计出满足快速施工需要的方案，从而缩短工期、减少开支。同时，要提前将桥梁投入使用。这样，不仅可以减少费用，还可以增加运输方面的收益。桥梁设计还要考虑到日后的维修可以不中断交通，尽量做到不封闭施工。这样不仅有利于桥梁的维修和养护，而且也可以减少相应的费用。另外，尽量减少因维修引起的经济效益的损失，特别是那些收过桥费的桥梁。

（四）促进桥梁设计的可持续性。在设计桥梁时，要贯彻“适用、安全、经济、美观”的原 则。纵观世界著名的桥梁，无一不是遵循了这些原则才建成的。在桥梁设计时，要充分考虑桥梁的环境保护、生态平衡等因素，保证人与自然的和谐发展。此外，桥位选择、桥跨布置、墩身外形等因素也很重要。只有全方位考虑基础方案、上部结构施工方案、施工组织设计方案，全面考虑桥梁建设对环境的影响，建立环境监测保护体系，才能实现桥梁的可持续发展，才能保证我国桥梁建设事业的高效、健康发展。

结束语

整体式桥台桥梁是无伸缩缝桥梁的一种类型，依靠桥台台后的特殊构造及在一定范围内的路面变形、搭板尾部的接缝释放纵向变形，彻底解决了由于伸缩缝带来的桥梁诸多隐患，其优势得到了国内外学者的广泛认可。随着该类型桥在国外飞速发展，近些年来，国内对整体式桥台桥梁的受力性能进行理论分析和试验研究的学者也越来越多，只有对桥梁设计进行控制，才能有效的促进其快速发展。

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