合肥工业大学建筑设计研究院 安徽合肥 230001
摘要：随着科学技术的发展，使得桥梁设计技术呈现出多元化发展，不同设计形式为桥梁工程结构带来的效果均有一定差异。针对这一问题，相关建设人员以整体式桥台桥梁设计为例，分析了实际设计过程中采用的设计形式，并结合工程项目研究了未来设计技术的应用发展方向。这是促进地区进行现代化经济建设水平的重要课题内容，相关建设人员还应将其作用于实践。本文就整体式桥台桥梁设计与实践的发展现状尽心更简单的阐述。
关键词：整体式；桥台桥梁设计；实践；发展；现状
整体式桥台桥梁设计形式与实际发展应朝着科学合理性方向向前发展，建立结构作用模型，从而作用于桥台、引道板、中间桥墩以及上下部结构。这是提高整体式桥台桥梁设计应用效果的关键，研究人员应将其作用于未来整体式桥台桥梁的设计，从而促进桥梁建设市场环境的多元化发展。
1研究整体式桥台桥梁设计与实践发展的重要性
整体式桥台桥梁（如图1）作为新兴的桥梁结构形式，其作用于实际工程建设，不仅具备正交整体式桥台桥梁的优势，还能够提高桥梁的施工速度，从而降低工程项目施工建设的造价成本。这种情况下，桥台桥梁安装误差就可进行适当的放宽，桥梁边跨比的范围也可以适当的增加，从而提高了桥梁工程项目的建设使用效率。由此可见，整体式桥台桥梁设计形式，是降低工程建设成本以及提高结构作用的稳定性有效手段，研究人员应将其重视起来。
图1示意图
2整体式桥梁在设计时需考虑的显著特点分析
2.1由于变形受到约束，以及温度效应和支座的不均匀沉降，结构会产生次应力。次应力会影响整个结构的受力特性，特别是在正常使用极限状态下。
2.2所产生的次应力很大程度依赖于结构几何形状、上下部结构的刚度比以及基础的刚度。对于上下部结构固结起来的结构，需要对结构和基础的刚度进行如实建模，从而通过计算模型可得到真实荷载。在模拟整体式桥的基础时，取用土的不利地质参数并不是一个保守的方法。事实上，如果基础刚度取得太小，温度效应和预应力效应产生的约束反力就会被低估，这就是整体式桥梁在计算约束反力时常需要考虑地质参数的上限值和下限值而分别计算的原因。
2.3承载能力极限状态下，混凝土结构开裂后其刚度减小，由约束产生的内力和弯矩会相应地减小。因此，选择恰当的构件截面形式可以在一定程度上控制所产生的次应力的大小。
2.6基本上不管约束力如何，整体式桥梁和有接缝的传统桥梁一样，温差作用下在纵桥向会经历相同的长度改变，但是，其伸缩不是通过设置的伸缩缝而得以减少，而是传递到桥台的台背后填土上。根据每次温差变化大小，桥台的背墙土会有向前方和后方的偏移，并且每年都有达到最大值。此外还需考虑因徐变和收缩产生的单向移动速率。
2.7施工结束后，即刻产生的静止土压力会因桥台首次离开土体方向的移动而缓解，即主动土压力。相反地，桥台向土体推移产生部分被动土压力，特别是在上层土体中。在温差变化下，这种周期性反复的移动会压实后背填土。除了下层土压力增大外，这种压实作用会使后背填土沉降。徐变和收缩引起的背填土离开土体方向移动，会进一步使后背填土沉降。因此，在不同跨径的整体式桥梁中会常采用不同形式的桥头搭板。
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3整体式桥台桥梁设计
3.1桥台
由于整体式桥台桥梁具有主梁端部与桥台固结特点，因此，当桥梁由带活动支座的独柱墩与带盖梁的柱式桥墩进行支承时，其大部分的纵向力是靠台后的路面与填土来进行承担的，而只有很小一部分是由柔性桩承担。这种情况下，在进行整体式桥台桥梁设计过程中，要充分考虑温度变形对下部结构带来的影响。具体，可采用低矮轻型桥台形式来进行设计，其是由单排桩来提供支承的。值得注意的是，该设计形式下，在竖直打入桩体时，不能出现任何的损坏，否则就会在温度变化的环境中出现一定程度的纵向位移。
3.2桩
对于整体式桥台桥梁桩的设计，设计人员应充分考虑横向荷载影响下，与土壤结构的相互作用情况，否则，这两者之间就会造成相互影响。因此，设计人员不能采用静态平衡的传统方法来进行设计，而是采用一种相对合理的桩基设计形式，以控制温度变形可能带来的玩具塑性分布。具体来说，当钢桩未发生局部屈曲时，设计人员应将产生塑性饺，并同时承受塑性转动能力作为基础。这样一来，在横向荷载的作用下，桩基就可以模拟成固定端位于地面深处的等效梁柱中。即采用桩台之间的固结以及铰接来模拟实际桩结构作用的转动约束过程。
3.3引道板
当整体式桥台桥梁未处在较为理想的路基与台后可压实填料状态时，设计人员就应采用引道板，来发挥出连接桥台与路基间的构件作用。具体来说，当工程项目路基结构出现沉降病害时，设计人员应保证引道板起到桥梁与相邻路基之间的过渡作用。这一过渡作用的实现，不仅能够提高车辆行驶的平顺性，还能减少对桥梁工程项目各部分结构的冲击力。除此之外，引道板还能为桥梁端部提供更为均匀的荷载分布，从而减小对桥台的损坏，尤其是超载车辆所带来的影响。值得注意的是，由于带有排水装置的引道板能够帮助调节路基的排水效果，从而避免对台后填土造成腐蚀，因此，设计应要求引道板与桥面板要进行分开建筑，从而实现其作用效果。
3.4中间桥墩
与普通桥梁桥墩相比，整体式桥梁桥墩的设计要求为：桥墩结构要具备承受较大位移、纵向力以及横向力的功能。因此，设计过程中，不仅要计算上部结构位移所带来的内力分配变化，还要估算分配到下部结构的外力。具体来说，当桥梁上部结构发生伸缩时，墩顶将作用于较为基础的变形。这些变形导致的桥墩弯曲，可通过估算上部位移的大小、底部固结情况以及墩顶的固结情况，来控制变形程度。
4整体式桥台桥梁设计实践发展分析
4.1设计实践
以某整体式桥梁工程项目为例，其跨径为16m，全长为70m，且全桥未设伸缩缝以及台梁固结结构。
在进行上部结构设计时，设计人员采用先简支后转墩的固结形式，且桥台被空心板梁与墙现浇段一次浇注。
对于桥台的设计，设计人员采用单排三柱式柔性桥台，使桩、台与梁共同承担受力作用。为解决台盖梁与台柱刚度变化可能带来的裂缝问题影响，设计人员在台柱上部的4m范围内设置了V字形的承托，来提高结构稳定性。而对于桥台离开土体时，台后的填土会侵入台土间的空隙以及水分侵蚀桥台问题，设计人员应采用涂刷改性沥青防水层，并设置泡沫塑料压缩层的方法，来降低台后土的压力作用影响。
基础结构的设计，要求设计人员为使其承担上部结构传递的位移，设计应采用柔度比较好的钻孔桩基础，来减小冻胀以及温度变化问题可能引起的荷载约束力变化。此外，当距离桩顶位置2~3m处以及桩侧1m宽的范围内，应采用砂土进行换填的方式，来进行优化控制。
在处理墩梁结点时，设计人员采用了固接方法，来将上下部桥梁结构的刚性连接在一起，从而实现结点预留钢筋现浇混凝土结构的形成目标。而对于塔板与台后填土的处理，桥台两侧应设置2×4m的长塔板，来实现两段间隙枕梁的支撑目标。此过程，为适应水平位移可能带来的影响，设计人员设置了两道宽变形缝，并将板底涂抹改性沥青材料，来减弱板底面的约束影响。此外，为减小台后沉降与水失稳病害，设计人员应采用水撼砂砾作为台后操作的填料。实际操作，还要采用分层夯实碾压技术，来使压实系数达到0.95的应用要求。
4.2设计发展
由于本桥梁工程为整体式桥梁，因此，设计人员利用了墩台的柔性特点，来控制各部分结构可能带来的变形问题。例如，在进行内力效应分析时，设计人员考虑了上下部结构与台后土的相互作用，即采用了TDV软件，来建立二维弹簧-框架计算模型。此过程，设计人员按照《公路桥涵基础设计规范》中“m”法进行设计。对于土壤水平抗力作用的模拟，设计人员将土的水平抗力系数作为受压弹簧单元的刚度输入模型。结果表明，在进行试验段应用分析后，证实了采用计算机软件技术与相关要求结合的方法进行计算，大幅度提高了整体式桥台桥梁设计的效果，从而保证了结构作用的稳定性。由此，整体式桥梁桥台设计形式分析应用过程中，应根据现有的科学技术，即采用计算机软件技术以及设计规范中的模型计算技术，来发挥出其作用于实践的稳定、低成本以及放宽安装误差等效果。
5小结
众所周知，桥梁伸缩缝不仅极易磨损，而且维修费用很高。而整体式桥台桥梁的诞生很好地解决了这一难题。其将上部结构和下部结构进行固结可得到最优化的利用，使得更小的截面和高跨比成为可能。这样，结构使用的材料少了，从美学角度看更吸引人；同时，由于上下部固结带来的内力和弯矩的重分布可提高结构承载能力，结构的稳定性也会提高。
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论文作者:邱昱洁
论文发表刊物:《防护工程》2017年第20期
论文发表时间:2017/12/20
标签：桥台论文; 桥梁论文; 结构论文; 整体式论文; 设计人员论文; 桥墩论文; 刚度论文; 《防护工程》2017年第20期论文;