公路桥梁装配式桥台设计分析

2020-07-16彭宁斌陈小明

运输经理世界 2020年10期

文∕彭宁斌、陈小明

1 前言

在公路桥梁装配式桥台设计环节中，采取科学有效的设计手法可以提升装配式桥台设计效果。就目前而言，在装配式桥台设计上需要考虑桥梁结构的整体性与桥台承载能力等多方面因素。因此，对公路桥梁装配式桥台设计内容进行分析，并寻找出有效的设计方案意义重大。

2 装配式桥台技术优势

2.1 操作便捷、耗时较短，所用的构件是由工厂预制完成的，另外成品的组装也是在工厂的统一调配下实施。因此，也就没有了传统意义上的模板和钢筋绑扎等相关操作，整个施工和操作也更为便捷，从而切实保障了施工团队能够快捷高效地进行施工。

2.2 施工的安全性等级得到了很大的提高，且极大减少整个工程量；施工过程中安全防控和处理方面变得极为精细，极大保障了相关施工和操作的安全与稳定。

2.3 能够提升需要在特定时期内进行工程施工的施工效率，同时对多种施工环境都能做出较为高效的处理，相对来说整个部署和操作都极为便捷，能够切实保障相关施工的科学与高效。

2.4 不会受到温度的不良影响。大多数的桥梁在寒冷条件下极易出现施工效果不佳的情况，而预制构件的使用则很好地规避了以上的不良影响，同时整个的施工推进以及桥梁系统质量都得到了切实有效的保障。

3 装配式桥台体系研究

从本文所引述的工程案例情况来看，其上部结构采用的是先简后支的连续箱梁，而柱台则是借助于柱式台的构造方式具体实施。对于桥台来说，其主要由预制帽梁以及预制背墙等构成，这样的构成方式为其整体性能的提升提供了基础保障。但与此同时，装配式桥台体系的部署务必要引起高度重视，将重要构件之间的连接作为重要的施工内容，保证具体操作的安全与高效，以此为后续相关技术操作提供切实的保障[1]。

3.1 预制帽梁之间在结构上并不连接，且中间可填塞沥青麻絮，以此能够为后续结构性能的提升提供基础保障。

3.2 预制耳墙与帽梁的连接为后续的浇筑以及整体性的结构稳固提供了切实保障，相对来说这样的设计更为科学高效。

4 装配式桥台构造设计

4.1 装配式桥台跨径与墩高两者之间应遵循墙梁美学的相关原则，通常使其比值处在0.618～1 即可。在具体操作过程中，施工企业应注意实效和经济方面，例如20m 跨径T 梁适应的墩高一般为12～20m。不管是山区还是平原，公路桥梁设计中涉及的跨径都应以地形为第一标准，且不可以对墩高做出跨径等随意变动。对于桥台变化较大的情况，通常可采用20m与30m 或者30m 与40m 的组合跨径进行具体操作，以达到既定的施工效果[2]。另外还应注意的是，如果桥梁有多种可供选择的跨径方案，具体的选择应综合上下结构确定。

4.2 在装配式桥台上部构造（板或梁）与平面曲线半径方面，一般来看，应重点关注前者对后者的影响效果，相应的影响主要涉及以下两个方面，其一是内外弧差，其二是中矢高。对于墩台径向的布置来说，由于曲率半径的限制，内外梁长在不等条件下，半径越小，则内外梁长差就越大。而要想改变这一情况，主要有两种方式，其一是通过平面半径对梁长适当加长；其二是借助于帽梁的加长做出补充，或是通过加大封锚的方式做出改进。综合分析来看，第一种方式更为便捷，且帽梁的尺寸并不大，因此无需做出较为复杂的部署。然而，当几座桥梁均存在不同曲线半径的情况时，相应预制梁长度的相关操作就会变得极为复杂，且整个操作也会变得极为繁琐，需要诸多的步骤来保障整个施工质量的稳定与高效。不仅如此，这样的方式对于区域也有着特定的要求。

内外弧差的问题解决后，也应对中矢高方面的不良情况引起相应的重视，通常使其控制在10cm 以内即可；而要想达到这样的效果，一般可借助于护墙内缘的平面线形进行调整；对于半径较小，而中矢高大于10cm 且护墙宽50cm 的情况，由于不宜调整护墙，因此可视情况采用以下两种方式。其一是借助于预制梁外缘的曲线预制，其二是以预制T 梁时多预制边梁一段长度的方式对其做出处理，从而达到现浇桥面与护墙适应平面线形的现实效果。

5 装配式桥台下部构造设计

5.1 矮墩

装配式桥台高度小于40m 时应以柱式为主。其中，又有圆柱和方柱的区别，前者多在平原地区使用，外观质量较易控制，同时能够较为便捷地与柱基进行衔接；而后者的美观性则要更好一些，且能够与上部构件统一协调起来。如果从受力情况来看，截面面积相等条件下的方柱抗弯强度明显要好于圆柱，且如果处在连续钢构条件下，方柱能够较为便捷地做出调整，从而为桥台刚度的保障和提升提供基础条件；反之，圆柱并不能便捷地做出调整。但是方柱也存在一些不足，例如桥台与桩基之间往往需要桩帽才能有效地完成衔接，这样一来势必会增加工作量。因此，选择怎样的桥台构造方式，应以现实的地形以及上部结构等具体情况来确定。

对于装配式桥台墩型来说，虽然其结构强度上起到的承载作用很强，但是具体设计起来却比较复杂。在墩高较低时，由于施工复杂且无法达到美观的效果，因此建议不用采用这样的方式。它通常是在墩高较高的情况下经常使用，且整个操作也比较便捷，经济损耗较之墩式类型更为高效，因此被广泛应用于一些横坡较陡的施工区域。

5.2 桥台

通常情况下，桥台设计都会将强度放在极为突出的位置，而当墩高较高时则应重点关注其稳定性问题。有关工程设计规范中对于桥台稳定性有着相对精细的规定，在具体设计过程中墩高的确定以及各个部分的衔接方式等，一般应基于特定的环境做出精细处理。在诸多实验和测试确定方面，不管是先简支后结构还是先简支后连续的多跨T 梁桥，桥台长度与桥台高度都应满足以下条件：桥台的有效长度l0=1.2l～1.43l，其中l 为桥台高度。具体来看，当l=40m 且采用矩形截面时，相应的高度应处在1.2 的标准范围内；而对于墩厚大于2m 的情况，相应的实心矩形截面的经济性会降低，由此可见在桥台被破坏时，如果使用实心矩形截面，那么其高度应严格控制在50m 以下，否则就应采用空心薄壁墩截面进行具体施工；高度超过65m 左右时且顺桥向，则应考虑放坡。另外还需要注意的是，尽管在等宽尺寸条件下操作更为便捷，但是为了保障桥台的稳定，桥台和帽梁应适当加大尺寸，而这样一来又会造成一定的材料浪费[3]。

5.3 装配式桥台

桥台是连接两端桥头的重要支撑结构物，其不仅承担着支座传递的竖直力和水平力，同时在承台后期填土以及荷载等所产生的侧向压力往往也要由其承担。鉴于这样的现实条件，桥台的施工务必要将强度放在突出的位置，从而为桥梁结构各方面的稳定发挥提供切实保障。

5.4 基础

所谓基础，主要是指桥梁的下部结构与地基接触的部位，通常包括以下几个小的部分：

5.4.1 端承桩：结构力由桩基传递到持力层，这样的一个结构能够有效保障受力的稳定性。

5.4.2 摩擦桩：结构力由桩身与土层的摩擦传递给土体，该结构在结构自重较轻且受力较小的建筑中比较适宜。

5.4.3 扩大基础：由于其比桩基与土体的接触面积更大，因此单位面积条件下其对土体的作用力更小，相应的它对土层的强度就比较低，且埋深较浅。这样的情况多适用于岩层埋深相对较浅的地质条件，具体如何使用应视具体的情况而定。

6 装配式桥台设计实践应用分析

借助于有限元分析软件Ansys 构建装配式桥台的整体计算模型，从而为这方面精细严谨的操作提供切实保障。通过以上的操作，确定上部结构的荷载，以公路I 级为准，车道选择双向六车道，同时应将车辆冲击系数和偏载等考虑到位，并做好效应组合，具体来说主要是由1.1×[1.2×结构重力+(1.4×汽车荷载冲击系数)×汽车荷载+1.05×温度应力]等构成。

6.1 因台帽处于受压的条件下，而只有部分支座存在拉应力，因此主拉应力以及主压应力分别最大控制在1.4MPa 和9.6MPa。

6.2 因背墙同样处于受压状态，拉应力则存在于部分结构中，上部结构对其造成的受力情况最为明显，因此相应的主拉应力以及主压应力等应分别最大控制在155MPa 和1.5MPa。

6.3 耳墙的受力也是一种受压的状态，而受拉则存在于部分结构，相应的主拉应力和主压应力等应最大控制在0.7MPa 和0.68MPa。通过对以上受力的分析，确定了其对现行的施工条件比较适用。