无桥台斜腿刚架桥在武汉绕城公路上的优化应用

维普资讯 http://www.cqvip.com 无桥台斜腿刚架桥在武汉绕城公路上的优化应用　４５　无桥台斜腿刚架桥在武汉绕城公路上的优化应用　周成昀。陈正。黄宁　（武汉绕城公路建设指挥部，湖北武汉４３０４１５）　摘要：通过在绕城高速公路上的应用，说明无桥台斜腿刚架是一种造价低廉、外型美观、施工方便的新桥型，具有很　好的推广应用前景。　关键词：无桥台斜腿刚架桥；斜腿；边斜杆；优化　中图分类号：Ｕ４４８．２３２　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１—７７６７（２００２）０３—００４５—０２　１优化问题的提出　部具有强劲的支点，约束了梁端变位，因此不设桥台仍　无桥台斜腿刚架桥是取消传统斜腿刚架桥的桥台　后增设边斜杆而成的新桥型（见图１）。近年来发展十　分迅速，先后已在湖北京珠高速公路、襄樊和鄂州等地　可以与桥头路基衔接良好。这个受力特点在许多情况　下减少了体积庞大的桥台圬工，使工程量大为节省。同　时由于边斜杆对下部基础的反作用力，比起传统斜腿刚　架桥来，下构基础的不平衡水平推力大为减小，从而减　少了基础工程量。本桥型两边均为几何不变的三角体　系，尽管结构杆件较纤细，而桥梁的整体刚度仍然很大，　这对提高桥梁承受外荷载、避免局部应力过大和抑制裂　缝产生是极为有利的。已建成的无桥台斜腿刚架桥（有　修建１Ｏ余座，在江西九景一级公路、胡家坊一昌傅高速　公路、温家圳　玉山高速公路及昌傅一赣州高速公路上　修建４０余座。这些已修建的桥梁受到用户的好评，并　取得很好的经济和社会效益。　些已建成通车近１０年）无一例出现裂缝和刚度降低等　质量问题就说明了这一点。　（２）造型简洁美观、造价低廉。该桥型造型新颖，　建筑高度小，轻巧美观，在高等级公路上采用时，无需设　图１无桥台斜腿刚架桥示意　置中墩（目前用普通钢筋混凝土修建的无桥台桥梁，其　跨径已达５０　ｍ），桥下视野开阔，利于行车。而且，对称　的２条斜腿和带弧形的主梁，给人以简洁、优美的感受。　武汉绕城公路是京珠、沪蓉国道主干线在武汉市交　汇形成的环行公路，是湖北省规划的“四纵两横一环”公　路主骨架之一，设计为计算车速１２０　ｋｍ／ｈ、４车道高速　公路，桥梁所占的比例很大。为了能积极地采用新桥　型、新技术，丰富桥型和节约建桥投资，同时也为了将原　设计中的一些不够合理之处得到改善，取消跨线桥在高　速公路上设置的中墩，改变部分桥梁的钢梁方案，以利　由于主梁单跨即可跨越被交路线，因而可使绕城公路上　部分原设计的桥长大为缩短，就以黄陂互通２号、３号　桥为例，采用无桥台斜腿刚架桥方案，桥长分别从６７　ｍ　减少到３７．６　ｎｌ和从８６　ｍ减少到６２．８　ｍ。由于这种桥　型节省材料、对下构基础要求不高，因而经济效益相当　显著。　于日后维护，因而对第七、八、九、十一及十四合同段共　１０座桥梁进行优化。　２无桥台斜腿刚架桥的优点　（３）施工工艺简单、施工周期短。绕城公路建设周　期短、时间紧，采用无桥台斜腿刚架桥完全可以满足其　要求。对于桥下无交通要求的桥梁，由于无桥台斜腿刚　架桥构件纤细，采用简单的支架便可方便地施工；对于　桥下有交通、不能影响其通行的桥梁，只需将两边的ｖ　形刚架部分现浇后，中间挂孔采用预制装配法施工。而　且采用推力铰后（这种推力铰结构已被用在广东茂名官　渡大桥、襄樊清河桥、汉川清河二桥上），桥面无需设置　伸缩缝，行车平顺。　无桥台斜腿刚架桥从研究到实际应用仅有１０余年　的时间，但该桥型的发展十分迅速，先后已在全国７个　省市得到推广应用。深入的研究和实践证明，无桥台斜　腿刚架桥与其它桥型相比具有许多优越性：　（１）结构受力性能好、整体刚度大和安全可靠。图　１中的无桥台斜腿刚架桥，由于边斜杆的设置，桥梁端　收稿日期＊，２００２—０７—２６　作者简介：周成昀（１９６８一），男，工程师，１９９２年毕业于北京工业大学道路与桥梁工程专业，工学学士。　维普资讯 http://www.cqvip.com 世界桥梁　２ＯＯ２年第３期　（４）无桥台但可满足桥台的各项功能。无桥台斜　身固有的优点，使得变更之后，取消了原有部分桥梁的　腿刚架桥的边斜杆埋在边坡中，与路堤衔接匀顺并能很　中墩，桥长总体上得到缩短，桥下视野更加开阔，利用边　好保持桥头路堤边坡的稳定。同时，这种桥型独特的桥　斜杆上覆土进行边坡绿化，环境也得到美化，而且在以　头处理方式，可有效地改善桥头跳车问题。当前许多解　下几方面均有明显优势：　决桥头跳车的方法被提出，但经过实践证明这些措施并　（１）除部分桥在变更后钢筋用量有些增加外，大部　不能很好地起到应有作用，其原因主要是因为它们没有　分桥梁的钢材和所有桥梁的混凝土用量均得到明显降　解决桥头搭板与主体结构之间发生的不均匀相对高差　低，变更之后，减少　１．２０　ｍ桩基２　８９２　ｍ、混凝土　问题。无桥台斜腿刚架桥将桥端主梁伸人路基７５　ｃｍ，　７　６５７　ｍ３、钢绞线１８　９７５．４６　ｋｇ（共降低建安费１　１１２．０２５　０１　并将桥头搭板搁在桥端主梁上，保证搭板与主梁具有一　万元）。而且变更之后的桥型施工工艺和施工工期均可　样的变位，于是二者之间不会出现相对高差，况且边斜　得到改善，这一部分的投资也可下降（见表２）。　杆牢牢地约束着主梁，使桥端主梁不能发生过大的变　表２桥梁优化设计前、后工程量对比（共１Ｏ座）　位，加上我们对搭板预施预拱度，从而可以大大改善桥　头跳车问题。　３优化原则和方案　３．１优化原则　（１）遵照现行《公路桥涵设计规范》；　（２）不改变道路平曲线、竖曲线等曲线要素；　（３）不改变荷载标准，主线桥设计荷载：汽车一超　２０级、挂车一１２Ｏ，跨线桥设计荷载：汽车一２０级、挂车　－１００；　（４）不改变桥面宽度、桥面横坡、桥下净空；　（５）桥型美观、施工方便。　３．２优化方案　为了使优化后的桥型不过多的重复，本次有针对性　地对绕城高速公路上的１Ｏ座桥梁进行优化变更，变更　前后的方案见表１。　４变更前后的对比　（２）变更之后的无桥台斜腿刚架桥，其整体刚度大　大提高，使原先一些整体刚度不大的桥梁得以修正，也　表１中的１Ｏ座桥梁，除施岗互通（ＥＫ０＋９１６．８６５）　提高了桥梁的安全度。此外，由于桥后搭板采用了特殊　匝道桥变更后采用连续刚构桥外，其余均采用无桥台斜　处理方法，桥头跳车可以明显地改善。　腿刚架桥代替原桥型。由于无桥台斜腿刚架桥桥型自　（３）采用无桥台斜腿刚架桥之后，避免了大量开　表１变更前后的桥型方案　（下转第５１页）　维普资讯 http://www.cqvip.com 光纤传感器在桥梁工程中的应用现状　王丹生，朱宏平　５１　个小时收缩的影响，在其桥面板中埋入了光纤传感器进　行监测，验证在已知静荷载下桥梁的变形。瑞士的吕利　高速公路桥（１９９５）是一座复合材料大桥，在这座桥的混　的钢索上，对桥梁在受载情况下钢索的应变变化进行了　实验研究。　４结论　凝土路面中安装了１１根１　ｍ长的由瑞士联邦工学院应　力实验室开发的基于二次Ｍｉｃｈｅｌｓ，ｏｎ干涉的ＳＯＦＯ传感　器去监测混凝土的收缩、混凝土与刚排架的相互作用以　及由预应力引起的变形。位于瑞士提契诺州的比索内　公路桥则是一座有３０多年历史的老桥，由于使用时间　长，混凝土损坏较严重，１９９６年对它进行了整修，除去　了已坏的旧混凝土，重新浇筑了一层新混凝土。为了评　估新老混凝土之间的粘着力采用了２根１．５　ｍ长的　从２０世纪７０年代中期至今，光纤传感技术经过短　短２０多年时间的快速发展已取得了长足的进步，测量　各种参数的光纤传感器也应运而生。其涉及的领域包　括国防军事、航天航空、土木工程、电力、能源、环保、医　学等。随着更多稳定性好，可靠、耐久、经济、更适合桥　梁结构特点的光纤传感器的研制成功，光纤传感器在桥　梁工程领域内将会得到更加广泛的应用。其应用范围　将会覆盖以下３个方面：桥梁结构的施工监测；既有桥　ＳＯＦＯ传感器，其中１根安放在靠近新老混凝土界面的　地方，另１根装设在新混凝土的表面。　３．２国内应用概况　梁结构的工作性状监测；服役时间较长的桥梁结构的损　伤检测。　参考文献：　在我国，光纤传感器用于土木工程结构健康监测和　诊断的系统研究和应用才刚刚开始，其用于桥梁结构健　康监测更是只处于理论和实验研究阶段，这种现状一方　ｌ１　Ｊ　Ｋｅｉｓｅｒ　Ｇ．Ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｆ￣ｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｍ］．Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ：ＭｃＧｒａｗ—　Ｈｉｌ１．１９９１．　面与我国的研究机构和研究人员在该领域的研究深度　有关，另一方面也与我国目前的社会经济发展水平有　关。在这一研究领域，重庆大学国家教育部光电技术及　系统开放实验室的研究人员开展了一系列的工作＿５ｊ。　１２　Ｊ　Ｂｕｃｋｍａｎ　Ａ．Ｇｕｉｄｅｄ　ｗａｖｅ　ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ［Ｍ］．Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ：Ｓａｕｄｅｒｓ，　１９９２．　［３］武湛君，张博民，王殿富等，光纤传感器在民用建筑结构中　他们发展了一种新颖的多模光纤模域光纤振动传感系　统，并构建了一种机敏桥面铺装结构。他们还和重庆公　路科学研究所的工程技术人员一起，将多模光纤模域光　的应用［Ｊ］，哈尔滨工业大学学报，２００１，３３（４）：４６９～４７４，　［４］陶宝祺，智能材料结构［Ｍ］．北京：国防工业出版社，１９９７，　［５］赵廷超，黄尚廉，陈伟民，机敏土建结构中光纤传感技术的　研究综述［Ｊ］，重庆大学学报，１９９７，２ｏ（５）：１０４～１０９，　［６］章立滨，杨军，刘志海等．单索面斜拉桥模型钢索载荷应　纤振动传感系统应用于虎门大桥桥面铺装结构的模型　实验中，用来监测５种桥面铺装结构经过几十万次重复　变的光纤传感测量方法［Ｊ］，哈尔滨工程大学学报，２０００，２１　（３）：８６～８９，　加载过程中的变形、裂缝生成和扩展等情况。哈尔滨工　程大学的章立滨等人＿６』将光纤传感器胶合在桥梁模型　（上接第４６页）　挖，其土方可以大大地降低。一方面降低了施工费用；　另一方面少动原状土，使环境得到保护。　（４）变更之后的无桥台斜腿刚架桥，根据施工期桥　下交通状况，分别采用整体现浇不带挂孔方案和带挂孔　无桥台斜腿刚架桥两种方案，前者适用于施工期间桥下　刚架桥，其Ｖ形刚架部分和挂孔可以同时施工，待、　形　刚架施工完后，吊装空心板，现浇接头混凝土即可进入　桥面系施工。　５结语　无交通的地段，后者适用于施工期间不能阻断桥下交通　的路段。不管是否带有挂孔的无桥台斜腿刚架桥，其施　无桥台斜腿刚架桥是一种新桥型，其桥型美观、造　价低廉，而且施工方便、工期短。此次在绕城公路上的　使用，是对该桥型的又一次重要的推广。在当今既要保　证桥梁安全，又要求造价低、美观的前提下，推广应用像　无桥台斜腿刚架桥一样的新桥型，是广大桥梁工作者努　力的方向。　工工艺均比原设计桥型来得简单，施工工期可以缩短，　整体现浇的无桥台斜腿刚架桥，待基础施工完之后，即　可搭支架施工斜腿、边斜杆和上构主粱，由于大部分主　梁采用Ｔ形截面，因而其施工工艺和工期均比原设计的　组合截面或箱形截面要好得多。设挂孔的无桥台斜腿