梁高的优化对桥梁经济性以及受力性能的影响

孙英宁

广州市交通设计研究院有限公司

[摘要]该文通过广州市南沙区实际工程对整体现浇预应力空心板桥进行了分析研究。通过Midas计算结合目前运营中桥梁的定期检测结果，经对不同梁高模型对比分析计算，从经济性及受力性能等方面研究梁高的优化对桥梁的重要影响。

[关键词]梁高；Midas；受力性能；

0前言

广州南沙区水系发达，村庄林立。中共十九大报告首次提出了“实施乡村振兴战略”，这是继统筹城乡发展、建设社会主义新农村之后，我党农业农村发展理论和实践的又一重大突破，是对“三农”工作的重要遵循。

目前南沙区正积极响应“实施乡村振兴战略”，全面发展乡村经济和文化，为进一步提升城乡、镇村通行能力，全面提高农村公路路网通畅水平，缓解日益增长的交通压力，促进当地经济更好地发展；为南沙地区产业体系的发展、居民日常生活等活动提供高效、便捷、安全、舒适的出行保障。其中就包括实施“四好农村路”建设行动^[1]，推进农村公路与城市道路互联互通，包括镇(街)通行政村公路改造、村委会通自然村村道路硬化、自然村内道路硬化三种类型。随着南沙经济和社会的不断发展，各村镇之间的联系以及村镇与城区的联系日益紧密，以现有路网的交通转换效率，将会出现交通运转难以满足经济发展需求的矛盾。所处区域路网较为特殊，水域纵多，桥梁密集，村道与村道及个等级公路之间的主要通道，所以桥梁是改善村镇交通路网的重要一环。为进一步提升城乡、镇村通行能力，全面提高农村公路路网通畅水平，及需对区域一些危桥进行改造，以及适当新建一些桥梁，来缓解日益增长的交通压力，促进当地经济更好的发展。

1整体现浇预应力空心板桥梁高优化设计

农村公路现场村道宽度狭窄，房屋建筑密集且间距非常小，桥头两端与村民房屋间距小，部分紧贴，使得大型施工机械难以进入，预制结构难以运输和吊装，因此在农村桥梁建设中，整体现浇结构几乎成为唯一选择。对于整体现浇预应力空心板桥，经过长期对实际工程项目的追踪，暴露出一些问题，例如梁底出现裂缝，桥面开裂等病害^[2]。究其原因，梁体的强度和刚度是其主要因素，其中梁体的高度往往是强度和刚度的控制因素^[3]。但在实际工程中梁体的高度往往受到限制，如跨越河道桥梁，存在防洪要求和通航要求^[4]；上跨公路桥梁，需要满足车辆净空。种种限制往往削减了梁体高度，导致桥梁强度和刚度的降低。下面通过实际工程和理论验算简述梁高的优化对桥梁经济性以及受力性能的影响。

省道S111线途径广州市南沙区，通过对沿线整体现浇板桥进行详细检测，调查桥梁当前存在的缺陷、病害（见图1、图2），并与历年定期检查的结果进行对比分析，发现12座整体现浇板桥基本存在不同程度的纵横向裂缝病害。病害形成原因复杂^[5]，其中对强度和刚度影响较大的因素就是梁体高度。

图1 桥梁立面照	图2 桥梁上部结构照

现通过Midas/Civil 2020进行建模计算，通过建立多个模型，分别以不同梁高对比验算；从结构受力及经济性等方面，分析预应力板梁梁高的优化对桥梁的影响。计算结果见图3、图4、图5。

图3 1.0m梁高20m跨径整体现浇预应力空心板桥内力图（KN·m）

图4 1.05m梁高20m跨径整体现浇预应力空心板桥内力图（KN·m）

图5 1.1m梁高20m跨径整体现浇预应力空心板桥内力图（KN·m）

表1为1.0m梁高、1.05m梁高以及1.1m梁高20m跨径整体现浇预应力空心板桥的参数及对比分析表。由对比分析表可以看出，在同等荷载作用下，梁体高度越大，其抗力越大、应力及挠度越小。

表1 参数及对比分析表

参数	1.0m梁高	1.05m梁高	1.1m梁高
混凝土用量(m3)	79.6	80.6	81.6
应力(MPa)	9.9	9.1	8.5
挠度（mm）	36.3	32.4	29.1
抗弯承载能力(KN·M)	15827.5	16885.9	17944.3

图6 优化效率-梁高图

图6为1.0m梁高、1.05m梁高以及1.1m梁高20m跨径整体现浇预应力空心板桥的优化效率-梁高图,下面以不同的角度进行具体分析。

从结构的经济性角度分析：梁高每增加5cm,混凝土用量增加1.3%。

从结构的受力性能角度分析：梁高每增加5cm，抗弯承载力增加6.6%；

梁高每增加5cm，应力降低7.3%；

梁高每增加5cm，挠度降低10.3%；

可以看出，应力、挠度的降低及抗力的增加，均远远超过混凝土用量的增加，用经济学中的增量投资收益率法分析，可以称之为小投入，大回报。

2结语

本文的主要工作内容是通过Midas计算结合目前运营中桥梁的定期检测结果，经对不同梁高模型对比分析计算，从经济性及受力性能等方面研究梁高的优化对桥梁的重要影响。

梁高每增加5cm,混凝土用量增加1.3%，而抗弯承载力增加6.6%，应力降低7.3%，挠度降低10.3%；因此整体现浇预应力空心板桥在设计时不能一味地削减梁高以满足限制条件，应对比分析，优化梁高以达到经济性及受力性能的平衡。

参考文献

1. 广东省人民政府. 广东省人民政府关于印发广东省“四好农村路”建设攻坚方案的通知[J]. 广东省人民政府公报. 2020

2. 花杰. 混凝土空心板梁桥裂缝损伤评估与加固技术研究[J]. 福建交通科技. 2021

3. 潘勇斌. 浅析如何优化钢筋混凝土梁高取值[J]. 山西建筑. 2005

4. 绍旭东. 桥梁工程[M]. 人民交通出版社, 2004.

5. 王润年. 简支空心板梁桥病害分析及维修加固研究[D]. 兰州交通大学, 2019.