淺談懸臂梁橋和連續(xù)梁橋的立面設(shè)計(jì)

關(guān)鍵詞： 橋梁工程；懸臂梁橋；連續(xù)梁橋；設(shè)計(jì) 

　　0 引言 

　　懸臂梁橋指的是以一端或兩端向外自由懸出的簡(jiǎn)支梁作為上部結(jié)構(gòu)主要承重構(gòu)件的梁橋。懸臂梁橋可分為單懸臂梁橋、雙懸臂梁橋、多孔懸臂梁橋、帶掛孔的T形懸臂梁橋等多種形式。在工程上最常用的懸臂梁橋是單懸臂梁橋、雙懸臂梁橋兩種。單懸臂梁是簡(jiǎn)支梁的一端從支點(diǎn)伸出以支撐一孔吊梁的體系。雙懸臂梁是簡(jiǎn)支梁的兩端從支點(diǎn)伸出形成兩個(gè)懸臂的體系。懸臂梁橋由于支點(diǎn)負(fù)彎矩的卸載作用，跨中彎矩大大減�。挥捎趶澗貓D面積減小，跨越能力增大；靜定結(jié)構(gòu)對(duì)地基要求不高；由于跨中有接縫，行車條件不好。兩跨或兩跨以上連續(xù)的梁橋，屬于超靜定體系。連續(xù)梁在恒活載作用下，產(chǎn)生的支點(diǎn)負(fù)彎矩對(duì)跨中正彎矩有卸載的作用，使內(nèi)力狀態(tài)比較均勻合理，因而梁高可以減小，節(jié)省材料，且剛度大，整體性好，超載能力大，安全度大，橋面伸縮縫少。續(xù)梁橋是中等跨徑橋梁中常用的一種橋梁結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋是其主要結(jié)構(gòu)形式，它具有接縫少、剛度好、行車平順舒適等優(yōu)點(diǎn)，在30～120m跨度內(nèi)常是橋型方案比選的優(yōu)勝者。懸臂和連續(xù)梁橋與簡(jiǎn)支梁橋相比較，其由于支點(diǎn)處負(fù)彎矩的存在，使跨中正彎矩顯著減小，所以可以減小主梁的高度，從而可減少材料用量和結(jié)構(gòu)自重，結(jié)構(gòu)自重的降低又可減小恒載內(nèi)力，這是懸臂和連續(xù)梁橋具有更大跨越能力的原因。然而，由于支點(diǎn)處負(fù)彎矩的存在，使得梁體的上翼緣受拉，懸臂梁橋和連續(xù)梁橋如果采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，該區(qū)段內(nèi)將不可避免地出現(xiàn)裂縫，雨水容易侵入梁體而影響橋梁的耐久性。所以，懸臂梁橋和連續(xù)梁橋較少采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，而多采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。隨著交通運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展，特別是高等級(jí)公路的迅速發(fā)展，對(duì)行車平順舒適提出了更高的要求。連續(xù)梁橋以其整體好、結(jié)構(gòu)剛度大、變形比較小、抗振性能好、主梁變形撓曲線平緩、伸縮縫少和行車平穩(wěn)舒適等顯著優(yōu)點(diǎn)而得到迅速發(fā)展。尤其是預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋在60～150m跨徑范圍得到廣泛應(yīng)用。 

　　1 懸臂梁橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 

　　將簡(jiǎn)支梁的梁體加長(zhǎng)，并越過(guò)支點(diǎn)就成為懸臂梁，在工程上也稱為伸臂梁，習(xí)慣把懸臂梁的主跨稱為錨跨，而伸出有懸臂的孔跨稱為懸臂跨。懸臂體系梁橋一般至少有三孔，除了懸臂梁以外，還可以設(shè)置支撐于懸臂梁牛腿上的掛梁，以實(shí)現(xiàn)更大的橋梁跨徑。單孔雙懸臂梁橋的中孔為錨固孔，兩側(cè)伸出的懸臂直接與路堤銜接，可以省去兩個(gè)橋臺(tái)，但需要在懸臂端部設(shè)置鋼筋混凝土的橋頭搭板，以利于行車舒適。單孔雙懸臂梁橋多用于跨線橋，中孔的長(zhǎng)度由橋下凈空要求確定，我國(guó)應(yīng)用較少，一般采用無(wú)橋臺(tái)斜腿剛構(gòu)橋替代。帶掛梁的三跨單懸臂梁橋，常用于在跨越城市河道的橋梁中，其邊孔為錨孔，邊跨可以做得比較小。懸臂梁橋一般為靜定結(jié)構(gòu)，其內(nèi)力不受基礎(chǔ)不均勻沉降、溫度變化等因素的影響。在多孔橋中，在墩上只需要設(shè)置一個(gè)支座，從而相應(yīng)地減小了橋墩的尺寸，也節(jié)省了基礎(chǔ)工程的材料用量。懸臂梁橋盡管在受力上比簡(jiǎn)支梁合理，可以適應(yīng)更大跨越能力的需要，但其正彎矩和負(fù)彎矩區(qū)段范圍內(nèi)往往構(gòu)造較復(fù)雜，給設(shè)計(jì)和施工均帶來(lái)很大麻煩。工程實(shí)踐證明，如果采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在負(fù)彎矩區(qū)段還將不可避免地出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，嚴(yán)重影響工程的使用壽命。預(yù)應(yīng)力混凝土懸臂梁橋，雖然可以避免開裂的危險(xiǎn)，并可以采用懸臂法施工，但施工中必須采取臨時(shí)固結(jié)措施。由于懸臂梁端與掛梁銜接處的撓曲線會(huì)產(chǎn)生不利于行車的折點(diǎn)，在行車舒適方面不如連續(xù)梁平順，但比簡(jiǎn)支梁稍好一些。除了是靜定結(jié)構(gòu)之外，懸臂梁橋的其他優(yōu)點(diǎn)不太明顯，因此應(yīng)用范圍不廣。 

　　2 懸臂梁橋的立面布設(shè) 

　　2.1 三孔混凝土雙懸臂梁橋立面布設(shè)：某工程中為三孔混凝土雙懸臂梁橋其中孔跨由橋下的行車凈空要求確定。當(dāng)主梁采用T形梁截面時(shí)，由于中支點(diǎn)處T形梁下緣的受壓面積比較小，所以其懸臂長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)，一般為中跨長(zhǎng)度的0.3～0.4倍。當(dāng)主梁采用箱形截面時(shí)，為了使中跨跨中的最大正彎矩和支座最大負(fù)彎矩的絕對(duì)值大致相等，以充分發(fā)揮材料的受壓作用，懸臂長(zhǎng)度可適當(dāng)加大，但最大不能超過(guò)中跨長(zhǎng)度的0.5倍，尤其是當(dāng)它用做行車的橋梁時(shí)，懸臂過(guò)長(zhǎng)會(huì)使活載撓度增大，跳車現(xiàn)象加劇，使橋與路堤的連接構(gòu)造遭受破壞。 

　　2.2 跨河懸臂梁橋立面布設(shè)：跨河的單孔懸臂梁橋及多孔懸臂梁橋的主孔跨徑，在通常情況下決定于橋下通航的凈空，或與邊孔一起由河床泄洪、地形和地質(zhì)等條件綜合考慮進(jìn)行選定。當(dāng)不受上述條件限制時(shí)，就可按照梁的彎矩包絡(luò)圖面積為最小的原則，來(lái)確定邊孔與中孔跨徑的劃分，以達(dá)到節(jié)省材料的目的�？绾佣嗫鐟冶哿簶蛲ǔＴO(shè)計(jì)成中跨跨徑相同，兩側(cè)邊跨跨徑稍小的立面布置形式。兩個(gè)懸臂一般設(shè)計(jì)成相同的尺寸，其掛梁的高度約為長(zhǎng)度的1/21～1/20。在特殊情況下，如果需要進(jìn)一步減小錨孔的跨徑時(shí)，應(yīng)考慮活載作用在中孔時(shí)錨孔邊支點(diǎn)可能出現(xiàn)負(fù)反力的情況，為此應(yīng)采取加設(shè)平衡重物或設(shè)置拉力支座等特殊措施。在一般情況下，當(dāng)跨徑超過(guò)50～60m時(shí)，由于鋼筋混凝土懸臂梁橋已不再適用，往往要采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。這兩種懸臂梁橋在立面布置上的主要差別在于：預(yù)應(yīng)力混凝土懸臂梁橋的懸臂長(zhǎng)度可以更長(zhǎng)，并且由于預(yù)應(yīng)力混凝土全截面受力，其梁高也可以更低些。 　　3 連續(xù)體系梁橋的立面布設(shè) 

　　連續(xù)梁橋的分類方法很多。按照橋梁跨徑的相互關(guān)系來(lái)分，有等跨連續(xù)梁和不等跨連續(xù)梁；按照下部結(jié)構(gòu)的支撐形式來(lái)分，有普通的單式橋墩、V形橋墩和雙薄壁柱式橋墩；按照受力鋼筋來(lái)分，有預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁和鋼筋混凝土連續(xù)梁；按照橋梁的梁高來(lái)分，有等截面連續(xù)梁和變截面連續(xù)梁。在設(shè)計(jì)中最常用的是按等截面連續(xù)梁和變截面連續(xù)梁分類。根據(jù)我國(guó)已建連續(xù)梁橋的資料分析，連續(xù)梁橋支點(diǎn)和跨中梁高與跨徑的關(guān)系在具體設(shè)計(jì)中，還要根據(jù)邊跨與中跨比例、荷載等級(jí)等因素通過(guò)方案分析比較確定。在大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋中，除截面高度變化外，還可將截面的底板、頂板和腹板做成變厚度，以滿足主梁各截面的不同受力要求。 

　　3.1 等截面連續(xù)梁橋：超靜定結(jié)構(gòu)的連續(xù)梁在恒載和活載的作用下，支點(diǎn)截面的負(fù)彎矩一般比跨中截面的正彎矩大。但是，當(dāng)跨徑在40～60m時(shí)，兩者的差值不是很大，可以考慮采用等截面的形式。工程實(shí)踐證明，等截面連續(xù)梁橋的構(gòu)造簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)和施工方便。尤其適用于有支架施工、逐孔架設(shè)施工、移動(dòng)模架施工及頂推法施工的中等跨徑連續(xù)梁橋。但是，由于主梁的支點(diǎn)截面無(wú)法通過(guò)加大梁高來(lái)抵抗較大的負(fù)彎矩，而只能通過(guò)增加預(yù)應(yīng)力束筋加以解決，從而增加了鋼材的用量，使其經(jīng)濟(jì)性較差。等截面連續(xù)梁橋可以選用等跨和不等跨兩種布置形式。等跨布置的跨徑大小，主要取決于經(jīng)濟(jì)分孔和施工的設(shè)備條件，其高跨比一般為1/25～1/15。在采用頂推法施工的等截面連續(xù)梁橋中，需要考慮頂推施工時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)的附加受力要求，與施工時(shí)是否設(shè)置臨時(shí)墩等措施有關(guān)。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)跨徑比較大時(shí)，為減小邊跨的正彎矩，或標(biāo)準(zhǔn)跨徑不能滿足橋下通航或交通要求時(shí)，也可將邊跨跨徑取小于中跨的結(jié)構(gòu)布置，一般邊跨與中跨之比在0.6～0.8。 

　　3.2 變截面連續(xù)梁橋：當(dāng)連續(xù)梁的跨徑接近或大于 

　　70m時(shí)，在恒載和活載的共同作用下，支點(diǎn)截面將出現(xiàn)較大的負(fù)彎矩。從絕對(duì)值來(lái)看，支點(diǎn)截面的負(fù)彎矩往往遠(yuǎn)大于跨中截面的正彎矩。因此，采用加大支點(diǎn)高度的變截面梁，才能更好地適應(yīng)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布規(guī)律。這種變截面的措施既對(duì)恒載引起的截面內(nèi)力影響較小，也不會(huì)妨礙橋下通航的凈空要求，并且還能滿足支點(diǎn)處較大剪力的要求。同時(shí)，變截面的立面布置使結(jié)構(gòu)外形和諧、美觀。采用變截面布置尤其適合于懸臂法施工，施工階段主梁的剛度大，且與施工內(nèi)力相吻合。結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算表明，當(dāng)連續(xù)梁的支點(diǎn)高度增大時(shí)，跨中彎矩也會(huì)隨之降低，從而會(huì)降低跨中截面對(duì)梁高的要求。變截面梁的橫斷面曲線，一般可采用圓弧線、二次拋物線或折線等。由于二次拋物線的變化規(guī)律與連續(xù)梁的彎矩變化規(guī)律基本接近，所以通常以二次拋物線為最常用。采用折線形截面變化布置，可以使連續(xù)梁構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便，常用于中小跨徑的連續(xù)梁橋。變截面形式的大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋，立面一般采用從中孔向兩側(cè)逐孔減小的奇數(shù)孔布置；對(duì)多于三跨的連續(xù)梁橋，除了邊跨之外，其中間的各跨也可以采用等跨布置，以方便采用懸臂法施工。如果邊跨過(guò)長(zhǎng)會(huì)削弱邊跨的剛度，將增大活載在中跨跨中的變化幅值，增加預(yù)應(yīng)力束筋的數(shù)量，從而提高工程造價(jià)。所以，邊跨一般取中跨長(zhǎng)度的0.6～0.8倍。有時(shí)為了滿足城市橋梁或跨線橋的交通要求而需增大中跨跨徑時(shí)，可將邊跨跨徑設(shè)計(jì)成僅為中跨長(zhǎng)度的0．5倍以下。在此情況下，端支座可能會(huì)出現(xiàn)較大的負(fù)反力，所以必須在端支座處設(shè)置能抵抗拉力的支座或邊梁壓重等措施來(lái)加以解決。在進(jìn)行連續(xù)梁橋立面布置時(shí)，還應(yīng)當(dāng)特別注意：連續(xù)超過(guò)五跨時(shí)的應(yīng)力情況與五跨時(shí)相差不大，并且連續(xù)過(guò)長(zhǎng)會(huì)增大溫度變化的附加影響，造成梁端的伸縮量很大，需要設(shè)置大位移量的伸縮縫，因此連續(xù)梁橋的孔數(shù)一般不超過(guò)五跨。當(dāng)需要修建很多孔連續(xù)梁時(shí)，通常可按3～7孔為一聯(lián)，采用分聯(lián)布置的方式，聯(lián)與聯(lián)的銜接處，通過(guò)兩排支座支撐在一個(gè)橋墩上。 

　　4 結(jié)束語(yǔ) 

　　工程實(shí)踐證明，簡(jiǎn)支梁橋具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、預(yù)制方便、安裝容易等特點(diǎn)，在橋梁建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。然而，隨著橋梁跨徑的逐漸增大，簡(jiǎn)支體系橋梁的跨中彎矩和活載彎矩迅速增大，致使梁的截面尺寸和自重顯然增加，這樣不但因材料用量大而工程造價(jià)高，而且給構(gòu)件制作、運(yùn)輸、吊裝和安裝造成很大困難。因此，對(duì)于懸臂和連續(xù)體系梁橋的設(shè)計(jì)，必須引起足夠的重視。 

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