关于桥梁空心板设计中结构优化问题研究
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【摘 要】近20年来，我国高速公路建设发展迅速，高速公路设计、施工和管理水平有了长足进步。由于高速公路桥梁工程所占比重较大，在建设期间暴露的质量问题不少，质量通病未得到有效遏制，实践表明极需推行标准化设计、标准化施工和管理。此，交通部专家委员会主持编制了交通行业桥涵通用图并进行了宣贯，以促进高速公路桥梁工程质量的全面和稳步提高。
1.概述
随着我国建筑行业的快速发展，空心板桥在公路中应用非常广泛，原先的空心板结构一般都采用先简支后桥面连续的设计方法，这种设计方式也符合现行桥梁规范的要求，但有空心板桥面连续寿命短、易损坏和维护困难问题，这些问题降低了高速公路行车的舒适性和运营效率，增加了桥梁的维护费用。基于此类问题结合某高速公路施工图设计，通过收集已建空心板桥的先进设计理念，结合部颁通用图的设计思想，通过对比、研究总结，此次空心板桥标准化设计提出在保证原有板断面外形及尺寸基本不变的原则下，优化空心板桥断面、采用先简支后结构连续的方式。
2.结构连续形式的选取
空心板桥的结构连续方式有双排支座的连续和单排支座的连续。
2.1双排支座的连续上部一期恒载按照简支计算，二期恒载和活载按连续结构计算，双排支座连续具有施工方便，湿接缝处剪力小等优点，但是体系转换不够彻底，结构受力不够明确，支座也易脱空，湿接缝底部易产生拉应力等缺点。
2.2 单排支座的先简支后结构连续施工需增加临时支座，接缝处剪力大，但其结构体系转换彻底，结构受力明确，支座不易脱空等优点。
2.3 考虑到结构连续空心板桥的受力、构造处理等诸多因素， 16m、20m 跨径采用单排支座的连续方式； 并将原设计中湿接段采用的是预应力连接方式改为普通钢筋连接。即推荐空心板桥采用单排支座，湿接缝普通钢筋连续的结构连续桥方式。
16m、20m 空心板结构连续湿接头设计如图1。
图1
3.结构设计及内力分析
3.1 断面形式的选取及优化
结合空心板断面及部颁结构连续空心板桥通用图，16m、20m 板断面高度均增加5cm，形尺寸及内腔尺寸与原简支板相同，这样最大限度保证了原施工单位的施工模板利用。24.5m 整体式路基空心板采取断面形式如图2。
图2
3.2 结构内力分析计算
（1） 路基宽度24.5m，桥面净宽10.5m（ 采用外包式防撞墙） 。
（2） 结构体系为先简支后结构连续，其中预制空心板采用部分预应力混凝土A 构件设计，现浇连续段按钢筋混凝土构件设计。
（3） 采用平面杆系结构计算软件进行设计计算，部分桥面现浇层参与结构受力荷载横向分配系数采用铰接板法计算。
（4） 支座不均匀沉降： Δ = 5mm。
（5） 竖向梯度温度效应按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（ JTGD62 - 2004） 规定取值：竖向日照正温差T1 =15. 8℃，T2 =5. 86℃，A =300mm竖向日照反温差T1 = - 7.9℃，T2 = -2. 93℃，A =300 mm
（6） 梁板冲击系数按照结构基频计算。
表1 控制截面内力及配束（ 配筋） 情况表
4.施工要点
（1） 空心板安装施工顺序： 空心板预制空心板吊装就位铰缝封底缝，砂浆强度达到设计强度的50%后浇注墩顶现浇连续段及铰缝，形成连续体系焊接连接钢板浇筑桥面现浇层浇筑沥青混凝土铺装及附属设施成桥。
（2） 对梁板安装就位要求： 为确保墩顶现浇连续段内预制空心板之间预埋钢筋的顺利连接，落梁时需严格对中，应严格控制相对梁板的中心偏差。
（3） 墩顶连接钢筋的连接： 设计时采用湿接段每侧宽30cm，两侧共宽60cm，设计时为了保证板预埋钢筋的连接质量，要求墩顶现浇段上缘钢筋采用双面焊方式进行连接，墩顶现浇段下缘钢筋考虑到施工作业面要求采用单面焊连接，应严格控制此处的钢筋焊接质量，杜绝漏焊、焊接长度不足及焊缝不饱满情况，若焊接时永久支座已安装则应对永久支座采取覆盖措施，避免烧伤支座。
（4） 连接面处理： 预制空心板结构连续端断面应全断面凿毛成凹凸不小于6mm 的粗糙面，用清水冲洗干净，浇注混凝土前应洒水湿润并涂刷一层水泥净浆，以利于新旧混凝土良好结合。
（5） 连续墩墩顶现浇连续段的浇注： 可考虑连续墩墩顶两侧各1.5m 范围桥面铺装和湿接头一起浇注，并在桥面铺装中设置墩顶现浇段加强钢筋； 同时浇注时机应选择在日温最低时进行浇注接头混凝土，并要求混凝土石子粒径不宜大于2cm。
（6） 临时支座的拆除时机： 应在行成连续体系后，待桥面现浇层混凝土达到设计强度后才能拆除。
5.设计体会
（1） 空心板桥的布板方式： 空心板桥在布板时应尽可能缩小墩顶连续段处两侧错缝，布板方式宜采取以每幅桥梁的行车中心线作为基线向两侧折现布板，控制错缝； 对于斜交角大于35°、曲线半径小于1000m 的桥梁，若采用空心板结构则建议采用桥面连续方式进行连接。
（2） 当桥梁设计横坡变化段的曲线段即需设置超高的小半径平曲线内时，梁板的布置会造成横向的错位，不利于进行结构连续，超高渐变通过平均横坡和桥面铺装共同调整，相邻跨对应梁板易错开，此种情况不适合采用先简支后结构连续。
（3） 由于采用结构连续，连续段支座型号的变化设计时注意板支座的横向间距调整，同时应注意角度过大时梁底预埋钢板及现浇连续段底板钢板的设置，应控制钢板的大小，及时切除多余钢板。
（4） 位于曲线上的桥梁可通过变化预制板长来适应梁长变化，本次设计适用于预制板长变化范围在± 25cm 范围内，若板长变化超过此范围需根据情况调整计算； 对于变宽桥是通过变翼缘尺寸来实现的，此次设计配束及翼缘板配筋适用于翼缘长度不大于60cm，超出此范围时需另行计算配筋。
（5） 此次标准化设计对空心板的普通钢筋的配置形式也有较大变化，设计时应认真核实标准图的钢筋配筋选取，理解优化的配筋意图，全面理解结构连续空心板设计要点。
6.总结
先简支后结构连续空心板桥既保持了简支梁板预制施工简便的优点，又吸取了连续结构的优点，行车平稳舒适，值得推广使用。