徐 优
（同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司桥梁分院，上海 200092）
摘 要：结合郑州市107辅道快速化工程设计，阐述了曲线段简支小箱梁设计中常见问题的处理方法，包括小箱梁和盖梁设计原则、横隔板设置原则、边梁翼缘处理方法及横坡调整方法等。结果表明：曲线等宽段采用等梁长设计、变宽段采用等盖梁设计，可以有效减少小箱梁类型，节省小箱梁预制模板。
关键词：高架桥；预应力混凝土；小箱梁；设计
随着城市居民对文明施工和环境影响的日益重视，降低市政工程施工对日常生活影响的需求越来越强，快速施工、绿色施工正成为城市桥梁建设面临的迫切需求，因此桥梁预制拼装技术近年来得到世界各国的重视，预制拼装桥梁成套技术的研究在国内外呈现快速发展的趋势。研究的最终目的是建立桥梁结构的工厂化制造，机械化装配和标准化管理的集成技术，推动桥梁建设优质、节约、环保和工业化。
预制小箱梁作为装配式结构，其易实现机械化、工厂化施工的特点正适应了建筑工业化的发展趋势，未来在桥梁工程中的应用必将越来越广。
本文以郑州107辅道快速化工程第一标段小箱梁设计为例，探讨小箱梁在城市高架桥梁设计中的应用。
该标段大部分位于半径为3 660 m的圆曲线上，工程全长约2 km，工程范围内有两对上下匝道。高架主线为双向八车道，上部采用装配式预应力混凝土小箱梁，标准段宽度为32.5 m（标准段横断面布置见图1）。下部为柱式墩，桩基础，倒T形盖梁（盖梁断面见图2）。下面就主要构件设计和细部构造处理分别加以介绍。
图1 标准段横断面布置
图2 盖梁断面
2.1 结构形式
装配式预应力混凝土小箱梁的基本结构形式有以下两种：①结构简支桥面连续：是指每跨小箱梁均为简支形式，桥面缝隙通过桥面连续钢筋实现连续。②结构先简支后连续：是指箱梁架设完毕后，通过浇筑中墩横梁、张拉中墩箱梁顶部负弯矩钢束、拆除中墩临时支座实现结构由简支到连续的体系转换。该工程为尽量减少现场施工的工作量，避免现场搭设临时支墩支架、现场浇筑横梁及张拉预应力对现状交通和环境的影响，决定采用结构简支桥面连续的结构形式。
2.2 箱梁设计
综合考虑了小箱梁的经济跨径和施工吊装重量，采用30 m和35 m作为标准跨径。在交通部小箱梁标准图［1］的基础上，增加了小箱梁腹板和底板厚度，以便于预应力波纹管定位和箱梁混凝土密实浇筑。30 m跨（35 m跨）小箱梁主要结构尺寸如下：
梁高取1.6 m（1.8 m），中梁顶板宽2.4 m，底板宽1.0 m，边梁翼缘至中心线长度控制在1.4～1.8 m，顶板厚度0.18 m，腹板和底板厚度跨中处0.2 m，支点处0.3 m（0.35 m）。
2.3 等宽段设计
小箱梁位于圆曲线上时，由于曲率半径的影响导致内外侧梁长不等，通常的处理方法有两种：①梁长相等，通过调整墩顶现浇段（盖梁）宽度，保证同一跨梁长一致；②变梁长，墩顶现浇段（盖梁）宽度相等，同一跨梁长不等。
由于该项目绝大部分都位于半径R＝3 660 m的圆曲线等宽段上，在分跨设计时，尽量保证跨径相等，因此小箱梁平面布置采用了等梁长的处理方案，梁端和梁轴线垂直，保证全部等宽段小箱梁的一致性。盖梁采用扇形结构（图2中X值变化），道路设计中心线处X为1 300 mm，曲线内外侧X值分别为1 162 mm和1 438 mm，方案如图3所示。
图3 等宽段小箱梁平面布置
2.4 变宽段设计
在上下匝道的位置，因车道加宽导致桥宽变化，为尽量减少预制小箱梁的种类，对变宽段小箱梁平面布置采用如下原则：分跨设计时尽量保证跨径相等，盖梁采用常规的等宽设计，通过湿接缝宽度的变化实现桥梁变宽，湿接缝的宽度控制在0.4～1.0 m之间，采用尽可能少的小箱梁片数实现桥梁宽度的变化，其余小箱梁轴线平行，这样就可以保证尽可能多的小箱梁梁端和轴线夹角相等，仅梁长变化，便于小箱梁预制。湿接缝宽度不宜过小以满足两片梁之间的钢筋搭接长度要求，同时也不宜过大避免湿接缝过大不利于结构受力。
2.5 横隔板设置
小箱梁桥在设置跨中横隔板后，结构在弯矩工况下的整体力学性能大大增强，荷载在各个主梁之间实现了很好的分配和传递，同时可有效避免无跨中横隔板的情况下结构由于箱梁间横向联系失效而引起局部损坏［2］。此外，增设中横隔板还可以有效提高结构的开裂弯矩和极限承载力，支点处设置横隔梁还可以承担和分配较大的支座反力。鉴于此，该桥在跨中设置一道中横隔板，梁端支座正上方设置端横梁，横隔板和端横梁厚度均为0.3 m。
3.1 边梁翼缘设计
等宽段和变宽段的边梁翼缘分别采用了不同的设计原则。对于数量较多的等宽段，为保证整个工程线型的美观，边梁翼缘设计成弧线型。对于曲线外侧边梁，采用翼缘外侧加宽，最大加宽值30 mm（标准边梁翼缘至中心线长度为1 650 mm）。对于曲线内侧边梁，采用相反的措施，裁剪边梁翼缘，从而实现和曲线外形一致。对于联数较少的变宽段，在道路平面设计时将减速车道三角段按直线渐变，未采用较为复杂的三次渐变函数，这样做虽然牺牲了线形的流畅和圆滑，但是保证了小箱梁边梁翼缘是直线，便于将翼缘宽度控制在1.4～1.8 m范围内，保证了小箱梁的安全和预制的方便。
3.2 横坡调整
为减少预制施工时小箱梁模板种类，常规的做法是小箱梁预制时顶面均按标准横坡预制，对于非标准横坡，可通过调整支座垫块和桥面混凝土铺装厚度来实现。该项目等宽标准段设2%双向横坡，桥面铺装为：8 cm钢筋混凝土+9 cm沥青混凝土，由于位于大半径圆曲线上，全线不设超高。变坡点位置的小箱梁，通过调节支座垫块高度，保证该片梁中心线处混凝土铺装厚度为标准厚度8 cm，该片梁其他位置厚度可以控制在（8±2.5）cm范围内。其他位置的小箱梁（含变宽段），由于梁轴线和道路中心线不平行，小箱梁的预制横坡方向和路面设计横坡方向并不一致，该工程中此误差可以通过在（8±2.5）cm范围内调整桥面混凝土铺装厚度于以消除。
该桥标准段宽度32.5 m，布置11块小箱梁，宽跨比大于0.5，荷载横向分布系数跨中至L／4（L为跨径）处采用铰接板梁法，支点处采用杠杆法。支点至L／4点之间活载横向分布系数按直线内差求得。采用桥梁博士平面杆系有限元程序对小箱梁的边梁和中梁分别进行计算。出于简化计算的考虑，保守取全线所有跨最不利的横向分布系数计算。
郑州市107辅道快速化工程采用简支小箱梁结构设计，满足了项目建设周期短、对现状道路交通影响小、对周边环境影响小的要求；设计中采用了“精细化、标准化”的设计理念，针对小箱梁设计中常见的问题进行了精细化设计，以确保设计安全，施工方便，外型美观。
参考文献：
［1］交通部专家委员会，等.公路桥涵通用图［M］.北京：人民交通出版社，2008：10-22.
［2］杨万里，项贻强，吴光宇，等.跨中横隔梁对小箱梁桥极限承载力的影响［J］.江南大学学报：自然科学版，2008，7（6）：708-714.
Design of simply supported prestressed concrete small box girder in urban viaduct curve section
Xu You
（Bridge Department，Tongji Architectural Design（Group）Co.，Ltd.，Shanghai 200092）
Abstract：In combination with rapid engineering design of Zhengzhou G107 auxiliary road，the treatment methods for common problems in design of simply supported small box girder in urban viaduct curve section were introduced，including design principle of small box girder and cap beam，layout principle of diaphragm plate，outer girder flange treatment method and cross slope adjustment method.The results show that，constant girder length in constant width section for curve section and constant cap beam width in various width sections can effectively reduce the girder type and save the precast template of small box beam.
Key words：urban viaduct；pre-stressed concrete；small box girder；design
中图分类号：U448.21+3
文献标志码：B
文章编号：1673-8993（2016）02-0025-03
doi：10.13402／j.gcjs.2016.02.006
收稿日期：2015-12-15
作者简介：徐 优（1981-），男，工程师。
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