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第11章

皇后大道大桥——NEXT梁

D.Tuckmanamp;M.Deitch

Hardestyamp;Hanover，LLP，New York，NY，USA

摘要：本文将提供一个详细的描述关于Northeast Eetreme Tee(NEXT)梁在设计、制造和施工过程中带来的好处。本文以范威克高速公路上的皇后大道大桥为例，重点介绍了设计灵活、速度快、建造施工方便等优点。这座桥是2009年设计的，目前正处于初步施工阶段。本文描述了该项目的背景，并详细说明了皇后大道大桥选择NEXT梁的原因。本文将描述使用NEXT梁的最理想情况，并将展示该系统在稳定性和重量（恒载）方面的内在优势。此外，本文还将提及NEXT梁的LRFD设计要求。

1. 导言

Northeast Eetreme Tee（NEXT）梁（图1）是由预制/预应力混凝土研究所东北分所（PCINE）桥梁技术委员会开发的一种新的标准梁。在过去五年中，由新英格兰州和纽约州运输部、预制构件制造商和顾问组成的技术委员会的活动重点是制定区域标准，用于加速建造桥梁。在NEXT梁之前，连续箱梁通常建议50到120英尺的跨度。然而，一些细节阻止了梁的快速架设，包括横向张拉和剪切面灌浆。在箱梁结构中也观察到了长期的维修问题，包括钢筋混凝土桥面的纵向开裂、由于徐变和收缩而在靠近内墩的位置的梁上正弯矩开裂以及钢筋混凝土桥面的负弯矩开裂（Weidlinger，2004年）。NEXT梁的目的是在50至90英尺的跨度范围内与连续箱梁竞争（PCINE，2010年）。它通过使用全深钢筋混凝土桥面消除了连续箱梁所需的额外工作细节，如横向张拉和剪切面灌浆。全深钢筋混凝土桥面也有助于防止在连续箱梁中观察到的纵向开裂。

图1 典型的NEXT梁截面

NEXT F梁（4英寸翼缘） NEXT D梁（8英寸翼缘）

图2 NEXT梁类型

新型NEXT梁段的目标是为跨度高达90英尺的可变宽度桥梁提供一个快速的施工选择。该截面类似于标准的双T形，只是为了处理桥梁荷载的弯矩和剪切需求，梁肋更宽。有两种不同的NEXT梁标准：NEXT F梁和NEXT D梁（PCINE2010）。NEXT F梁有一个4英寸的翼缘，旨在为现浇混凝土甲板提供模板。NEXT D梁有一个8英寸的翼缘，这消除了对钢筋混凝土甲板的需要，但需要封闭浇筑来连接梁的相邻翼缘。NEXT F和NEXT D具有相似的最大跨度，允许工程师根据每个项目的独特约束条件和客户的需要决定最合适和最经济的截面。图2展示了NEXT F和NEXT D截面。

由于4.1节中讨论的原因，NEXT F截面被确定为皇后大道桥最合适的截面。为了本文的目的，讨论将集中在NEXT F截面，此后简单地称为NEXT 梁。

NEXT梁结构是抗横向屈曲的。此外，与等效预应力混凝土连续箱梁结构相比，NEXT梁结构的恒载荷约节省了10%。上部结构恒载的减小可以在下部结构上实现显著的成本节约。

NEXT梁还创建了一个安全高度富余的系统。如果NEXT梁的一段被损坏，它的负载路径将在相邻的T梁之间重新分配，并且不会导致结构失效。在公共设施支持的细节方面也看到了更多的优势，因为梁的自然形状提供了公用的开间，并且不需要任何特殊的细部，而使用预应力混凝土连续箱梁需要从框架中移除整个箱梁，并使用具有特殊细部的板来跨越增加的开间。

NEXT梁的顶板很薄，旨在为现浇混凝土桥面提供模板，从而在施工中节省大量时间。NEXT梁的顶板也可以使用磁性侧边形式调整到从8-0到12-0的各种宽度。通过这种方法，设计者可以指定精确的梁尺寸，这可以在不增加大量成本的情况下生产场景特定的桥梁。

1. 项目背景

范怀克高速公路上现有的皇后大道桥正在被更换来适应范怀克高速公路上的业务和几何改进。该项目是为高速公路的运营提供改进而正在更换的四座桥梁之一。此外，皇后大道的剖面将提高以

图3 现有的皇后大道大桥上的范怀克高速公路（空中和立面）

适应范怀克高速公路结构深度、剖面和上部高度的变化。

建于1953年，现有的皇后大道大桥被归类为城市小动脉，有一个广泛的严重倾斜的两跨上部结构。现存的上部结构的内部开间支撑在一系列的多个钢轧纵梁上，正常连续的设置在中心墩上。钢结构沿框架结构的外部开间贯穿整个梁结构，以适应道路弯曲和倾斜。这座建筑为东行和西行皇后大道提供三条车道，每个方向有一条停车道，中间有一条宽的车道。这座桥就在主街以北穿过范怀克高速公路。布里亚伍德地铁站位于西桥台后五米处。一条提供布里亚伍德地铁站通道的行人隧道起源于桥东皇后大道的北侧，在靠近皇后大道大桥南端的范怀克高速公路下穿过。现有的规划和立面如图3所示。

更换结构将在东行和西行两个方向分别设有三条12英尺的交通车道、一条12英尺的转弯车道、一条8英尺的停车道和一条15英尺的人行道。现有钢栏杆将更换为混凝土护墙。

1. 为什么选择NEXT梁？

在研究阶段，选择了五种可行的取代范威克高速公路上的皇后大道大桥的方案进行评估。其中三个方案在评估后被放弃，在这里不作具体讨论，包括一个连续梁（方案1），钢梁（方案2）和一个单跨连系拱（方案3）。这些都是基于社区投入、长期维护问题和冗余问题（方案1和3）而放弃的。剩下的两个方案是连续箱梁（方案4）和NEXT梁（方案5），下文将详细讨论。

• 1. 备选方案4：预应力混凝土连续箱梁

备选方案4由两跨连续预应力混凝土梁结构和整体式混凝土桥面组成。该方案所需的桥台和中心墩将比备选方案1和3所需的更长。然而，所需的长度被箱梁上的倾斜所减少。相对较轻的上部结构将允许基础单位长度比其他方案更小。以这种方式对齐支撑梁大大减少了跨度长度以及所需的上部结构深度。有利的高跨比能够使低而稳的结构在视觉上更加舒适。

这一替代方案的发展受到社区团体投入的严重影响。他们喜欢比其他方案更美观的细长的结构。梁和甲板的布局将超过人行道的外部界限，沿东北和西南角形成开放区。这些开放区域为附近的警察局提供了改善街景和停车的机会。与方案1到3相比，这种选择将需要最小或非临时的支撑，从而降低建筑成本。与其他备选方案不同的是，此方案表现出高度的安全冗余。如果一片梁损坏，其荷载路径将在相邻梁之间重新分配，不会导致结构破坏。

虽然这一选择将需要更长的范怀克高速公路地下通道，但美学属性和安全高度冗余的性质是非常有利的。预应力混凝土连续箱梁结构最初被推荐为首选方案。在阐述了拟议结构的框架后，进一步调查确定了拟议结构的框架设计方面的挑战。由于结构的宽度也向桥墩和公路倾斜，在提供横向后张时出现了困难。这导致Hamp;H考虑使用另一个预应力构件，其上部结构深度相对较浅，不需要横向张拉或桥面模板。

• 1. 备选方案5：Northeast Eetreme Tee（NEXT梁）-首选备选方案

在研究阶段，参加2008年混凝土桥梁会议时，NYSDOT和Hartestyamp;Hanover注意到了关于开发中跨桥梁双T形预制梁（NEXT Beam）的新信息。NEXT梁的梁深（最大36）和承载能力似乎非常适合于范怀克高速公路上的皇后大道大桥的上部结构及其几何约束。

由PCINE开发的NEXT梁段是中尺寸跨度桥梁（50至90跨度长度）的替代解决方案。该梁被设计为恒载下单跨，活载下连续并在桥墩处闭合浇筑。梁固有的T形拥有几个好处，包括消除对模板的需要，提供在梁肋之间的固有开间，并允许一个可调的道路宽度。使用相同的自应力模板可以使梁的宽度可以在8英尺到12英尺之间变化。预制梁成型技术的发展使得调整形式非常容易，使用磁性侧边形式，可以很容易地调整产生一个任意宽度的上翼缘。使用可调整形式将是有益的，在分期施工顺序上由于上部结构倾斜相对容易，奇怪形状桥面区域将在分期限制中形成，这是可以接受的。

图4 Northeast Eetreme Tee（NEXT梁）-设计截面

梁肋固定在中心距5英寸的标准的双T形式中，见图4。可调宽度的梁为设计师提供了使用更宽的梁来减少梁的数量从而减少支座的数量的选择。

快速的建造技术使NEXT梁能够快速而容易地建立起来。与连续箱梁替代方案相比，一个主要的优势是没有横向张拉或剪切面要求，这是劳动集约和昂贵的。NEXT梁是全混凝土结构的因此长期维护费用减少。分期施工可以很容易地适应NEXT梁。唯一需要的连接是钢筋混凝土桥面的闭合浇筑。

1. 拟议的皇后大道大桥
   1. NEXT梁设计

Hartestyamp;Hanover是第一家通过皇后大道大桥的设计使用纽约州交通部（NYSDOT）的NEXT梁单元的咨询公司，见图5。在范怀克高速公路上更换皇后大道大桥采用两跨NEXT梁结构，由114NEXT梁组成，支持6条车辆交通车道，并增加1条转弯车道、2条人行道和4个大型广场供行人使用 。将不大于30度的横梁与桥台面对齐，使东跨和西跨的平均梁长分别为68英尺至最大长度88英尺。选择30度最大倾斜是因为它达到了NEXT梁的极限跨径长度，也是因为大于30度的倾斜会使细部复杂化，并导致梁端上翼缘开裂。在东跨中NEXT梁的长度将有所不同，以避免在位于东桥台北部的公园受被侵占。对于皇后大道大桥，宽度没有变化，因为梁肋需要排列在桥墩上进行闭合浇筑，以使梁连续来承担活荷载。

由于多种原因，选择了NEXT F梁（4英寸翼缘）而不是NEXT D梁（8英寸翼缘）作为桥面板。梁的框架为45度斜交到皇后大道上，导致大多数梁跨越一个横向坡度变化的位置，在许多情况下，横向坡度从正向负（反之亦然）。一个浇筑到位的混凝土桥面允许梁上的梁腋或堆积物改变并适应横坡的变化，而没有一个可变深度的沥青覆盖层NEXT D梁则不能适应这一点。

图5 Northeast Eetreme Tee梁（NEXT梁）

在一个没有倾斜的结构中，这不会是一个问题，NEXT D梁可以被认为是一个可行的选择。此外，还有运输梁到项目所在地皇后区的重量和尺寸限制。由于全深度预制桥面，NEXT D梁比NEXT F梁多重0.4千磅/每英寸，这限制了可以运输的梁的长度。

NEXT梁设计最大抗压强度为10千磅/平方英寸。桥面板将是一个完全增强的8板，并将使用轻质高性能混凝土（最小强度为4千磅/平方英寸），由NYSDOT批准，以协助维持一个轻的上部结构。混凝土桥面将与T形梁段复合。上翼缘将作为现浇混凝土桥面的一部分。为了提高桥面的寿命，NYSDOT要求使用不锈螺纹钢进行8桥面加固。不锈螺纹钢具有较高的初始成本，但生命周期分析表明，不锈钢桥面将在75年内降低成本。

横隔板通常用于多梁桥，以提供更好的活载分配和上翼缘的横向支撑。NEXT梁的结构提供了与双T形梁相同的好处，双T形梁是非常稳定的，并且能够抵抗横向屈曲。现浇混凝土桥面将提供梁肋之间的活荷载传递。使用中间横隔板将不需要与NEXT梁配置。端隔板仍将用于支撑支架上的非加劲板边缘，以及在可能的情况下协助细部提供活载下的连续截面。端隔板可在现场现浇。NEXT梁框架设计为一个单跨梁用于恒载，并在施工过程中安装封闭浇注使连续用于活载。NEXT梁的上翼缘被处理为前12英寸，以提供方便的通道来浇注横隔板，如图6所示。

与预应力混凝土箱梁配置相比，NEXT梁配置的恒载约节省10%，如表1所示。采用轻质混凝土进行桥面铺装，实现了上层建筑自重的减少。由于上部结构恒载降低，在下部结构上将实现成本节约。此外，由于NEXT梁宽度（8）是原来为这种结构提出的连续箱梁宽度（4）的两倍，因此起重机架设时间将更高效通过减少一半的起重机拾取次数。

• 1. 桥梁几何

该桥将在分期施工中更换，保持新旧线形重叠。拟议的水平对齐将与现有的水平对齐方式相匹配。西方

图6 NEXT光束隔膜细节

表1 恒荷载比较

深度

重量

桥面厚度

桥面重量

总重量

图7 NEXT梁-拟定框架

桥台将进行修改，以尽量减少对位于西桥台沿线的地铁站的潜在施工影响。将在现有桥台的东侧建造一个新的东桥台，为重新配置的范怀克高速公路提供必要的宽度。由于范怀克高速公路的线形变化，将在现有中心墩东侧建造一个新的中心墩。下部结构将与范怀克高速公路并行运行，导致非常严重的倾斜约65度，如图7所示。

• 1. 对齐限制

拟订的垂直对准的限制与水平对准的限

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