特殊荷载桥梁设计体会——浅析锡林浩特特载跨线桥设计

徐 辉

（中国市政工程华北设计研究总院，天津 300074）

0 前言

随着国家汽车产业的大力发展和国外汽车的大量引进，以及矿区对重型汽车的需求，矿山出口及矿山内部通行的卡车很少能满足国家设计规范对轴重的限制，故不能套用《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）中提供的汽车荷载进行桥梁设计。矿区中的车辆荷载必须通过现场观测得到，这些未知的不确定因素给桥梁设计者造成了不小的困难。笔者有幸参与了一些特殊荷载桥梁的设计工作，其中内蒙古锡林浩特跨越锡乌铁路跨线桥为40 m简支体系预应力T梁，为同类别桥梁中较大跨径的桥梁。本文通过对锡林浩特跨越锡乌铁路的特殊荷载跨线桥梁的设计分析，浅析一下对特殊荷载桥梁设计的体会。

1 桥梁荷载及跨径选择

设计初期，笔者对矿区内部的工作卡车进行了记录和观测，并对矿区远期预采购的运输卡车情况进行了记录以获得原始数据。根据设计合同要求，此桥设计基准期为100 a。根据《公路统一标准》，概率分布取用正态和极值I形两种分布类型，荷载效应按照95%的分位点（风险率为5%）取值。根据原始数据以及设计概率分布分析得到设计荷载为120 t，汽车最终纵向轴重如图1所示。

由于该桥跨越锡乌铁路，以及未来矿区内部铁路建设预留空间，最终该桥选择了3×40m跨径布置。

2 桥梁结构设计

2.1 桥梁结构选型

与常规桥梁不同，该桥梁结构设计具有其特殊性：首先其跨越铁路，为不影响铁路的运营且节省成本，该桥优先选用预制结构。桥梁设计中常用的预制梁有预制小箱梁及预制T梁两种类型，设计时，笔者对两种结构在特殊荷载作用下的特性进行了对比，具体对比如表1所列。

表1 两种预制结构比较表

从表1中，可以得到，预制T梁相对小箱梁而言，起重重量轻，并且在活荷载占主导的桥梁设计中，受力相对明确，故最终确定采用预制T梁作为此桥的设计方案。

2.2 桥梁连续体系选择

三跨预制T梁顺桥向纵向连续体系有先简支后连续、桥面连续及直接简支梁采用伸缩缝连接三种形式，三种连接方式优缺点如表2所列。

鉴于该桥为特殊荷载设计桥梁，且由于若采用先简支后连续体系，梁体本身不对支点产生负弯矩，支点区域的负弯矩仅仅由桥面铺装等产生，此弯矩相对于特载要小得多，配设负弯矩钢束显得不合适，故该桥不采用先简支后连续桥面连续体系。从桥面连续体系桥梁长期运营情况来看，此类别桥梁易出现支点裂缝，长期运营状态下，对墩柱耐久性不利。故该项设计选用简支体系桥梁，梁端设置伸缩缝。此桥位于寒冷区，采用伸缩缝有利于桥上行驶的车辆减速慢行，能起到一定安全导向作用。

表2 桥梁连续结构形式选择比较表

2.3 桥面翼缘板以及横隔板设计

由于该桥设计荷载为特殊荷载，桥梁翼缘板没有采用常规翼缘板设计，而是选择了加厚为35 cm的钢纤维桥面板以满足结构抗剪及抗弯验算。抗剪和抗弯验算严格按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》4.1中对桥面板的设计要求进行设计。特别提出一点建议为边梁翼缘板设计问题，边梁的翼缘板最好采用两侧对称设计。由于该桥为特殊荷载桥梁，设计中采用钢束直径较大，如果边梁的翼缘板不对称设计，则会造成截面横向不对称，极易在T梁这种横向刚度较弱的结构中产生横向侧弯。

众所周知，横隔板位于跨中位置时受力最不利，以往设计T梁时，常按照《桥梁工程》教科书中提供的一些假设进行设计。这种设计方法按照所有横隔板中最大受力横隔板进行设计，并且所有的横隔板采用相同的间距。此种设计方法往往浪费材料。笔者设计该超载桥梁时候利用T梁受力明确的特点，直接按照梁格进行建模，提取最不利内力，最后按照从跨中向端部采用由密到疏的原则配置横隔板，其中跨中横隔板间距为4 m,端部为6 m。

2.4 强度设计

鉴于该桥为特载桥梁，设计时候不采用横向分布系数进行单梁计算而是直接采用整体模型进行计算，具体模型如图2所示。

桥梁强度严格按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》进行设计，唯一要提到的一点是：由于该桥采用的预应力钢束相对直径较大，且活荷载所占比重较大，在无活荷载情况下，由于预应力产生的反向剪力较大，和常规桥梁不大一样，设计时应给予充分的重视。

3 总结

（1）特殊设计桥梁使用的荷载需根据实地观测并按照概率分位点选取，在此基础上，桥梁设计人员还应兼顾远期的规划以确定最合适经济的荷载。

（2）当特殊桥梁设计采用预制结构时，建议采用受力明确的T梁进行设计，并采用同样受力明确的简支结构进行设计。桥梁受力分析可不采用先计算横向分布系数，后计算单梁的方法，而是直接按照梁格法建模，直接确定荷载。

（3）横隔板及桥面板设计应根据实际情况选取。横隔板选取建议采用中间密两端疏的结构，桥面板混凝土最好采用耐磨性相对较好的钢纤维或者聚丙烯混凝土。

[1]JTGD60-2004，公路桥涵设计通用规范[S].

[2]JTGD62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[3]张宏斌.特载桥梁的主梁承载能力设计及试验研究[J].北方交通,2010,（12）.

[4]康莉,刘旭锴.南疆复线公路桥主桥箱梁悬浇设计与施工[J].城市道桥与防洪,2011,（8）.