中小跨径桥梁上部结构方案技术经济性研究

2023-02-13韩晓东孙义斐

中国设备工程 2023年2期

韩晓东，孙义斐

（中交公路规划设计院有限公司，北京 100088）

当前，我国公路桥梁建设取得了举世瞩目的成就。推进中小跨径桥梁装配化建设，是促进桥梁转型升级、提升工程品质的有效路径。高速公路常规大中桥设计则采用标准化、系列化、通用化的常规预制拼装结构，待桥位、桥孔确定后，结合桥址区的地质、水文、施工条件、景观协调和造价经济合理性等因素，进行综合比选后确定上部结构主梁类型。

1 结构参数

本文根据预制装配化设计原则，选定20m、30m、40m、50m、60m共5种常规跨径，考虑技术经济性，主要从混凝土梁、钢－混组合梁和钢结构梁三种结构型式中进行多维度比选，共计3大类7小类。

以某在建高速公路项目中单幅桥宽20m的中小跨径桥梁为研究对象，根据表1所列跨径及对应的上部结构类型，确定各方案的横断面参数，具体如表2所示。

表1 桥梁上部结构方案及适应跨径一览表

表2 上部结构设计参数一览表

2 方案评价

2.1 权重评价法

本文采用多维度权重评价法进行方案研究，评价方法如下：项目A的子方案存在n个维度可进行评价，每个维度的权重为Wi(i=1～n)，满足：

2.2 评价维度

对上述所提出的上部结构型式进行评价比选，现选取与桥梁方案密切相关的11个评价维度，详见表3。

表3 上部结构方案评价维度表

2.3 经济性评价

本文对一联桥的工程造价进行估算，得到各个方案的综合单价，见表4。

表4 桥梁上部方案造价对比表（元/m2）

由表4可得，同等跨径条件下装配式小箱梁造价指标明显低于其他结构类型，而小箱梁和T梁的经济性指标相当，二者是传统结构类型中最具优势的上部方案。同等跨径钢结构桥梁指标比混凝土结构平均偏高15.8%～52.1%。经济性指标作为单项维度仍无法全面反映结构类型的合理性，仅在评价过程中考虑一定的权重。

2.4 评价实例

目前常用的30m、40m装配式小箱梁和装配式T梁，各有其适用范围和优缺点，结合以往的工程实践，现对这两类结构型式的各项维度进行统计和比较。上部结构方案多维度比选结果，见表5。

表5 上部方案综合对比表

由表5可知，在安全性和适用性上小箱梁和T梁两者相当，无太大差异，在经济性上30m和40m跨径的预应力混凝土连续分体箱梁明显好于T梁，30m和40m跨径T梁每平方米造价比同等跨径的分体式箱梁高出19.2%和11.9%。综合比较，30m、40m标准跨径装配式小箱梁优于装配式T梁。

2.5 评价结果

结合上述评价维度及评价实例，对20～60m跨径上部结构类型，按照以下评价得分并结合实际来择优选取合理的上部类型。不同跨径所对应的各方案的评价结果，图1～4所示。

图1 30m跨径上部方案评价结果

（1）由表7可得，对于20m跨径，装配式小箱梁及T梁显然为最具优势的传统结构类型。而该跨径对应的装配式T梁梁高较矮，无须内模，可明显减少施工及监理工作量，有利于保证施工质量，且吊装重量小，组装效率高，故20m跨径宜首选装配式T梁。

（2）由图1可得，对于30m跨径，传统的装配式小箱梁及T梁仍有显著优势，二者的评价得分相当，故选型时，还应结合项目所在地的设计和施工经验。对于山区高速公路中大规模布设的该范围跨径的桥梁，宜首选装配式小箱梁，其造价低廉且工艺成熟，便于快速装配化施工。

对于平原地区或市政桥梁，或有较高的保通需求时，则建议尝试选用整孔预制大箱梁，该结构类型采用梁场集中预制，预制梁就位后再现浇中横梁，形成连续结构，完成体系转换。但由于单片梁自重大，需要特殊的搬提运架设备，设备费用较高，故排序较后。

（3）由图2可得，对于40m跨径，传统的装配式小箱梁评价得分仍居首位，装配式T梁次之。在评价指标方面，二者并无实际明显的孰优孰劣，当面前面宽度较宽时，装配式T梁主梁片数较多，现场湿接缝工程量较大，支座数量较多。对于作业难度较高的山区桥梁、桥梁宽度较大的市政桥梁，装配式小箱梁宜作为首选结构型式。

图2 40m跨径上部方案评价结果

节段拼装箱梁可适当结合项目条件进行推广使用，该方案上部断面采用大悬臂箱梁，外形美观。箱梁节段可以工厂标准化施工，现场施工工作量小，施工质量好，效率高，同时，对曲线桥梁和变宽段桥梁适应能力强。该方案对施工的要求非常高，接缝处理会直接影响到结构耐久性。

（4）由图3可得，对于50m跨径，传统装配式混凝土结构已不具备优势，上部结构首选钢板组合梁。钢板组合梁可有效减少构件截面尺寸，减轻结构自重，减少地震作用，降低基础造价，方便施工安装。横断面确定应根据标准宽度确定，采用4片主梁的少主梁方案，可避免较多的支座施工和养护工作量。目前，已推广应用的装配化工字组合梁钢桥通用图具有极高的参考价值。