4.2具體橋樑設計
具體到一座橋設計時,上部構造設計要處理好兩個關係。
第一,處理好跨徑與墩高的關係。跨徑與墩高的關係按橋樑美學原則,一般應選擇比值為0.618—1之間,通過經濟比較,往往又是經濟的,也就是說20m跨徑t梁適應的墩高一般為12—20m,30m跨徑適應的墩高一般為18—30m,40m跨徑適應的墩高一般為24m—40m。山區高速公路地形起伏變化頻繁,通常應根據地形選擇一種跨徑,不宜根據墩高頻繁變化跨徑,墩柱高度變化很大時,可以採用20m與30m或者30m與40m的組合跨徑。當一座橋樑,有幾種跨徑方案可選擇時,應結合上下構做造價分析比較再做選擇。
第二,處理好上部構造(板或梁)與平面曲線半徑的關係。橋位處平面曲線半徑對橋樑跨徑的選擇及平面布置影響較大,主要表現為兩個方面,第一是內外弧差,第二是中矢高。墩台徑向布置時,由於曲率半徑的影響,內外梁梁長不等,半徑越小,內外梁梁長差越大。解決此問題一般兩種途徑,一種是根據平面半徑變化梁長,另一種是不變梁長通過加大帽梁,加大封錨端或加長現澆連續段處理。第一種方法變化梁長,設計簡單,帽梁尺寸較小、規格統一,但一個標段,如果有幾座橋處於不同的曲線半徑上時,預製梁長度種類就較多,頻繁調整模板雖不算很難,但每片梁都需要編號,堆放預製梁需要很大場地,這對“地無百米平”的山區確實是難以解決的問題,因此一般不採用變梁長方案。採用等梁長方案時,如果半徑較大,內外梁梁長差不大,可以採用內弧長等於標準跨徑布置,如果半徑較小,可以採用半幅橋中線弧長等於標準跨徑布置,這樣連續段長度一端比標準長度增加,一端減小。內外弧差的問題解決後,還有中矢高的問題,一般中矢高10cm以內,可以通過調整護牆內緣使之適應平面線形;半徑較小,中矢高大於10cm時,由於護牆一般為50cm寬,護牆調整太大外觀不美,護牆功能亦削減。此時亦有兩種解決辦法,一種是預製梁外緣按實際曲線預製,另一種是預製t梁邊梁時,將邊梁多預製一段長度,讓現澆橋面板和護牆來適應平面線形。邊梁按實際曲線預製時,邊梁翼緣板由於兩側不等寬,剛度不等,施加預應力時可能出現側向翹曲,且不同半徑外邊梁形狀不一樣,種類多施工較麻煩。第二種辦法雖然材料稍有浪費,美觀性稍差,仍優於前一種。
5、橋樑下部構造設計
5.1橋墩
高度較矮的橋墩(h<40m)多採用柱式墩,y型薄壁墩,其中又以柱式墩最常用。柱式墩分圓柱和方柱。圓柱施工中外觀質量易控制,且與樁基銜接方便,平原地區用的較多。但從美觀上來說,方柱有稜有角,與上構梁體協調,有一定的視線誘導性,較美觀。從受力上看,截面積相等的方柱和圓柱,方柱抗彎剛度大於圓柱,受力優於圓柱,當體系為連續剛構時,方柱可以方便地通過調整兩個方向的尺寸來調整墩柱的剛度,從而達到調整墩柱受力的目的。圓柱為各向同性,調整起來效果差一些。方柱的缺點是墩柱與樁基之間需通過樁帽連線,增加了工程數量,並且山區橋樑地面橫坡都較陡,增加柱帽構造還會增加挖方工程量,引起邊坡不穩,設計中應根據地形、上構結構形式、墩高綜合考慮選用方柱或是圓柱。
y型墩薄壁是獨柱雙支座的一種墩型,美觀性較好,但施工稍顯複雜。墩高較矮時,其施工既複雜又不美觀所以少採用。當墩高較高時y型薄壁墩施工只需一套模板,只需搭一個支架,對於地面橫坡較陡,搭支架困難,模板需求量大的山區橋樑,y型薄壁墩具有顯著的優勢。從預算定額中也可以看出,同高度的柱式墩與y型薄壁墩相比,y型薄壁墩的基價低。另外採用雙柱墩時,由於地面橫坡較陡,兩個墩柱高度經常相差較大,由於線剛度ei/l差距大,導致一個墩兩個墩柱受力差異較大,採用y型薄壁墩,只一個墩柱,就避免了上述缺陷。也有人認為,上部的y型承托節約材料並不多,卻施工麻煩,宜設計為實體,權衡施工進度和質量、安全和節省材料及美觀之間的關係,也未嘗不可。不管外形如何,墩高較高時,採用獨柱雙支座外部形狀y型的薄壁墩較為適宜。