桥梁上部结构总体设计的方案对比分析
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摘 要：经济水平的快速提高，促使我国的桥梁工程建设事业获得了长足的进步。在整个桥梁结构的组成中，上部结构是影响桥梁功能实现和使用寿命的重要因素，因此，为了施工的便利、结构本身的安全与合理，加强对桥梁上部结构总体设计方案的优化，合理选用最佳设计方法非常必要。
中图分类号：U433 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）05-0155-01
近年来，我国交通基础设施建设飞速发展，桥梁作为其中一个重要的节点，所承担的交通功能越来越大，对桥梁设计、建设提出了新的要求。如何协调桥梁工程项目中经济、质量与安全的关系，实现三者的统一并存，采用优化思想，针对在整个桥梁工程建设中具有重要作用价值的上部结构设计方案实施合理、正确地选择至关重要，有助于提升桥梁的耐久性和使用寿命，从而保证功能正常、造价合理、安全稳定。
1 桥梁上部结构的组成部分
桥梁工程项目建设是一项较为系统、复杂且艰巨的工程任务，由于近年来经济的快速发展，使得公路桥梁建设规模越来越大，而保证施工质量的前提是工程的设计方案具有可行性，尤其桥梁的上部结构设计非常关键，为了进一步确保设计方案的科学准确度，在设计之前首先应该细致了解桥梁的上部结构都包含哪些组成部分。首先是桥面，这个供车辆与行人通行的部分，不同的桥梁桥面也各不相同，例如：公路桥面主要由水泥混凝土、沥青混凝土组成；其次为桥跨结构，桥跨结构是桥梁的主要承重结构，是桥梁设计的核心内容，跨越幅度、承受作用的大小都会严重影响桥跨结构的构造及其复杂程度，最后为支座，它在桥梁的上部结构中主要负责把上部结构中产生的支撑反力传递给桥梁的墩台的中间节点和纽带，支座设计的不合理将会严重影响全桥的受力状态。
2 工程实例概况
本工程为XX地区高速公路桥梁工程建设项目，本标段路线全长达到53.534 km，桥梁总长度为20.118 km，占据路线长度的比例为37.6%，纵观该施工区域环境，总的来说由于地形较为复杂、周边构筑物较多，地质变化较大，因而具有较大的施工难度，沿线途中沟谷密布，拥有较大的地面自然横坡，因此为了能在如此复杂的施工环境中顺利展开施工，必须做好桥梁工程的设计工作。
3 桥梁上部结构的总体设计要求
为了保证桥梁的安全、质量和使用寿命，需要依据施工现场环境特点，采用合理的设计方法，以经济、适用、环保、安全等因素为考虑前提，本工程桥梁上部结构采用现场预制方式，总结出以下几方面关于桥梁上部结构的总体设计要求：
首先，通过结合施工环境地形、地质特征以及地方特点，对不同墩高以及桥梁跨径的设计方案组合实施对比分析，最终得出最为经济合理的设计组合方案。同时，一般来说，高跨比的相互匹配度也十分重要，桥墩的高度应略小于桥梁的跨径，这样非常有利于桥梁的总体布置造型显得更加美观出色。综上所述，结合项目的地方特点，桥梁的上部结构常会选用25～30 m跨径的装配式小箱梁、40 m的T梁，20 m跨径及以下的一般采用预制空心板。此外，利用先简支后连续方式的预制结构，可以使得桥梁路面通行时更为稳定、舒适，并降低桥梁总体的运营维护费用，空心板、装配式箱梁一般采用桥面连续，T梁一般采用结构连续。其次，墩高大于35 m的T梁则使用墩梁固结的形式，当纵坡较大时也选用墩梁合计；对于简支结构不考虑墩梁固结，以上做法的优势在于能够保证桥梁的结构安全性及稳定性，十分有益于交通行车。最后，鉴于高速公路桥梁工程建设施工难度较大，极易受到施工现场地理环境等因素影响，因此需要根据施工过程中的具体情况，对设计要求作出调整改进，上部结构的选用与桥墩高度和桥宽变化等均有联系，例如：桥墩高度很高时（一般墩高>35 m），通常采用T梁的结构形式；而桥墩高度较低、桥宽变化不稳定时，则会使用现浇混凝土连续箱梁或者预制空心板。
4 不同的桥梁上部结构设计方案对比分析
由于高速公路中桥梁占有很大比例，所以桥梁上部结构的设计方案选用显得十分重要，一般情况下，不会选用大跨径桥梁，桥梁上部结构的设计方案会选择便于施工、实用功能性强且造价合理的方案，那么进行对比分析的时候，主要以标准化、装配化的结构形式为选用参考依据，同时要注意其代表性意义，例如：在实施上部结构设计方案对比时，会将25 m、30 m、40 m的不同跨径尺寸来做比较，从T梁和装配式小箱梁两种上部结构之间选择，通过对桥梁上部结构的设计方案对比分析，可以最终选出既经济又实用美观的结构形式与跨径组合，下文从施工、经济造价、功能使用优势以及结构受力等各方面进行对比分析。
4.1 施工工艺及便利性
从施工角度来看，小箱梁的施工技术较为复杂、困难，其自身的腹板斜置，而且浇筑混凝土时必须安放好箱内模板才能顺利进行。斜交时端头部分的处理相对复杂。T梁便占据优势，其施工工艺发展已十分成熟，有较好的耐用性。若将同跨径的小箱梁与T梁相比，不仅吊装机械配置要求较高，而且重量相对较大，所以在施工便利性上也稍显劣势。但是先简支后桥面连续小箱梁兼具简支结构施工难度相对较低，不需要张拉墩顶负弯矩区钢束，施工便捷顺畅。
4.2 经济造价
通过对25 m、30 m、40 m的具有相同跨径的小箱梁与T梁结构相比较，并且两者的下部结构形式相同，因而在桥梁上部结构设计方案的选择中不难得出，40 m的T梁和小箱梁的经济造价几乎一样，水平相当，而25 m、30 m的小箱梁却比T梁的经济性好。
4.3 功能使用优势
从桥梁的功能使用优势方面来比较，首先，在T梁跨中存在着很多横隔板连接着每一片的主梁，外形美观度不足。同时，T梁的跨径适用范围十分广泛，尤其在抗弯刚度方面，在山区桥墩大跨当中优势作用很明显。
4.4 结构受力
从单幅一孔的整体抗弯刚度来看，小箱梁不如T梁出色，尤其遇到斜交结构，T梁一般会设计放置很多道横隔板，抵抗受力的效果必定优于小箱梁。若论抗扭刚度，单幅一孔的小箱梁则要好于T梁，此外，单片小箱梁自稳性远优于T梁，而且非常便于施工，既稳定又安全。
4.5 墩高影响
桥梁的墩高也是影响上部结构选择的重要参数。墩高较高时，宜采用较大跨径的上部结构，反之亦然，其考量的指标主要是经济性。
通过以上不同上部结构设计方案的对比，以统一梁型、保障工程项目的经济造价合理、质量安全性合格，且施工方法合适、便捷为分析选用原则，通过墩高和上部结构的对比，综合分析评判，形成以下选型原则：墩高小于15 m时，选用20 m跨先简支后桥面连续预制空心板结构；墩高15～35 m时，选用25 m、30 m跨先简支后桥面连续小箱梁结构；墩高35～60 m时，选用40 m跨先简支后结构连续（或墩梁固结）T梁，墩高60 m以上时，应根据地形、地质条件进行经济技术论证，采用T梁或刚构方案。
5 结 语
总之，桥梁工程建设作为交通基础设施建设的重要节点，历来受到极大的关注和重视，桥梁上部结构是桥梁结构中关键的构成部分，如何选用科学、实用、恰当的设计方案关乎到桥梁工程质量、安全、经济、美观性等方面影响，设计人员需结合工程具体情况，不断改善设计方案中的细节，经过对比与分析，从中选择最优设计，完成更高水平和质量的桥梁工程设计项目。
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