大跨徑剛構(gòu)一連續(xù)組合梁結(jié)構(gòu)設(shè)計與探討

周景新

（黑龍江省北龍交通工程有限公司，黑龍江，哈爾濱，150076）

大跨徑剛構(gòu)一連續(xù)組合梁結(jié)構(gòu)設(shè)計與探討

周景新

（黑龍江省北龍交通工程有限公司，黑龍江，哈爾濱，150076）

本文介紹了布跨138＋240＋240＋240＋138＝996m的剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計情況，并以之為例探討了該類型橋在結(jié)構(gòu)方案比選、設(shè)支座主繳的結(jié)構(gòu)型式、支座力的平衡措施、計算模式以及一些其他方面的問題。

大跨徑；剛構(gòu)一連續(xù)組合梁；結(jié)構(gòu)設(shè)計；探討

一、前言

在大跨徑橋型方案比選中，連續(xù)梁橋型仍具有很強的競爭力。連續(xù)梁橋型在結(jié)構(gòu)體系上通?？煞譃檫B續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋和剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋。后者是前兩者的結(jié)合，通常是在一聯(lián)連續(xù)梁的中部一孔或數(shù)孔采用墩梁固結(jié)的剛構(gòu)，邊部數(shù)孔解除墩梁團結(jié)代之以設(shè)置支座的連續(xù)結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)上又可分為在主跨跨中設(shè)鉸、其余各跨梁連續(xù)和全聯(lián)不設(shè)鉸的組合梁橋兩種形式，通常稱后者為剛構(gòu)一連續(xù)組合梁。在我國已建成的該橋型的比較典型的例子有東明黃河大僑，跨徑比之更大的該類型橋現(xiàn)已初見嘗試。

二、剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋的結(jié)構(gòu)受力特點及應(yīng)用

1、結(jié)構(gòu)特征及受力特點

在連續(xù)梁橋中，將墩身與主梁團結(jié)而成為連續(xù)剛構(gòu)橋。由于墩身與主梁形成剛架承受上部結(jié)構(gòu)的荷載，一方面主梁受力合理，另一方面墩身在結(jié)構(gòu)上充分發(fā)揮了潛能，因此該橋型在我國得到迅速的應(yīng)用和發(fā)展[2].具有一個主孔的單孔跨徑已達(dá) 270m，具有多個主孔的單孔跨徑也達(dá)250m，最大聯(lián)長達(dá) 1060m.隨著新材料的開發(fā)和應(yīng)用、設(shè)計和施工技術(shù)的進(jìn)步，具有一個主孔的單孔跨徑有望突破300m的潛力。

2、在我國的應(yīng)用情況

東明黃河大橋開創(chuàng)了剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋在我國應(yīng)用的先例。

由于放松了多跨連續(xù)剛構(gòu)橋?qū)呏鞫崭叨鹊囊?，因此剛?gòu)一連續(xù)組合梁橋適用于不同的地形、地質(zhì)條件、通航要求等。下面將介紹的武漢軍山長江公路大橋初步設(shè)計剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋方案就是一個典型的設(shè)計實例。目前國內(nèi)在建的典型的大跨徑剛構(gòu)一連續(xù)組合梁有杭州饒城公路東段錢江六橋，其技術(shù)設(shè)計階段主橋為 127＋ 3 X 232＋ 127= 950m的五跨預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)一連續(xù)組合梁體系，中、邊主墩均為雙壁墩，中主墩墩身與主梁固接，邊主墩墩身與主梁分離，分別設(shè)置4個65000kN的支應(yīng)與主梁連接，懸臂施工中墩梁通過預(yù)應(yīng)力粗鋼筋臨時固接。受地形影響解除邊主墩墩身與主梁固結(jié)的剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋還有黑河大橋，該橋布跨為 6016 ＋6×100＋ 60＝ 720m，墩身為單箱墩，最外邊墩設(shè)支座。剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋還適合于某些特殊布跨情形。

三、設(shè)計實例

某公路大橋初步設(shè)計作了斜拉橋和連續(xù)剛構(gòu)兩個方案同等深度的經(jīng)濟技術(shù)比較。其中連續(xù)剛構(gòu)方案最初的跨徑布置為 138 ＋ 24O＋ 240＋ 240＋ 138（m），三個主跨的四個主墩均為雙薄壁墩，墩身與主梁固結(jié)。設(shè)計中發(fā)現(xiàn)兩個邊主墩由于高度較矮，受力很不合理，因此，將其與主梁的固結(jié)約束予以解除，橋型變?yōu)閯倶?gòu)一連續(xù)組合梁的結(jié)構(gòu)形式（后出于總體布跨考慮，將跨徑布置調(diào)整為 138＋ 240＋ 240＋ 240＋ 138＋ 56（m））。現(xiàn)以布跨 138＋240 ＋ 240＋ 240＋ 138（m）的大跨徑剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋的設(shè)計為例對其結(jié)構(gòu)設(shè)計加以介紹和探討。其結(jié)構(gòu)設(shè)計簡介如下：

1、結(jié)構(gòu)體系

橋梁分左右兩幅，采用138＋240＋240＋240 ＋ 138（m）五跨一聯(lián)三向預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)一續(xù)梁組合梁橋型方案，雙壁墩結(jié)構(gòu)，中主墩墩身與主梁固結(jié)，邊主墩及邊墩墩頂設(shè)支座。邊主跨比 L邊： L主＝0.575：1，縱坡 3%，縱曲線要素為 T＝5l0m， R= 17000m，E=7.65m.橫坡2%，由箱梁頂板坡度形成。橋面鋪裝為6cm鋼纖維混凝土墊平層加6cm瀝青混凝土。

2、下部構(gòu)造

主墩墩身為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用50號混凝土，雙壁墩結(jié)構(gòu)。P2，P5號墩為邊主墩，墩高 28m，左右幅每片墩墩頂各設(shè)兩個噸位為60000kN的球形鋼支座，墩身為矩形實心斷面，斷面尺寸320cmX800cm，順橋向外緣距12m；P3，P4號為中主墩，墩高 39.9m，墩身與主梁固結(jié)，墩身為矩形實心斷面，斷面尺寸280cmX750cm.，順橋向外緣距12m.承臺采用30號混凝土，均為整體式，厚5m.P2～P5兩號墩樁基礎(chǔ)采用 25號水下混凝土，均為 18根直徑 2.5m的鉆孔樁，樁長分別為 55m，35m，40m，37.5m，均按支承樁設(shè)計。 因此墩身按實心斷面設(shè)計。

3、上部構(gòu)造

主梁為分離式單箱單室直腹板箱梁，采用50號混凝土。根部梁高h(yuǎn)根=13.2m，h根：L主=1：18.18；跨中梁高h(yuǎn)中=4.0m，h中： L主=l：60；箱梁底線變化曲線 y＝4.0+（9.2/114）×X.箱梁擬采用對稱懸臂現(xiàn)澆施工工藝，施工梁段長度分為3m，4m，5m三種類型，0號塊現(xiàn)澆段17m，合龍段3m.1/2標(biāo)準(zhǔn)跨的分塊布置為：（l/2） x 17m＋ 10 x 3m＋ 10 x 4m＋ 8 x 5m＋（1/2） x 3.0m＝ 120m.最大懸臂施工長 112.5m，共 28對施工塊件，塊件重量在140.8～234.5t之間。箱梁頂寬16.45m，底寬7.5m，翼緣板懸臂長4.475m（含承托），外側(cè)厚15cm，根部厚50cm.0號塊頂板厚45cm，其他位置頂板厚 28cm. 0號塊腹板厚 100cm.向跨中分 70cm，60cm，40cm三個梯段變化。根部底板厚130cm.；跨中底板厚28cm，中間按y＝0.28＋（1.02／114）×x變化。箱梁僅在墩項及梁端設(shè)橫隔板，墩頂橫隔板位置及厚度與每片墩身相對應(yīng)。為增強箱梁整體性，還在墩頂設(shè)置了箱外橫隔板。

4、結(jié)構(gòu)分析

（1）計算模式

順橋向總體結(jié)構(gòu)靜力分析采用平面桿系綜合程序進(jìn)行。接施工階段將結(jié)構(gòu)分為328個單元325個節(jié)點，共63個施工階段。由于地質(zhì)條件相對較好，因此未按等剛度原理將樁基礎(chǔ)進(jìn)行模擬，即不計樁基礎(chǔ)的影響，近似按承臺底固結(jié)考慮。中主墩與主梁固結(jié)，邊墩為單向交承，計算中計入了邊主墩。

（2）計算荷載

汽車：半幅橋橫向按布置 4個車隊數(shù)考慮，橫向折減系數(shù)為 0.67，縱向折減系數(shù)為0.97，偏載系數(shù) 1.15.

掛車：按全橋布置一輛考慮，偏載系數(shù) 1.15.

滿布人群：3.5KN/平方米

二部恒載：7t／m.

溫度：結(jié)構(gòu)體系溫差考慮升溫20℃，降溫20℃；梁體溫差考慮了由于太陽輻射和其他影響引起上部結(jié)構(gòu)頂層溫度增加時產(chǎn)生的正溫差及由于再輻射和其他影響，熱量由橋面頂層散失時產(chǎn)生的負(fù)溫差，參照BS5400荷載規(guī)范取用；箱內(nèi)外溫差為5℃；橋墩墩體考慮日照不均勻溫度差：升溫時，兩片墩身的一側(cè)比另一側(cè)和中間高5℃，降溫時，兩片墩身的一側(cè)和中間比另一側(cè)高5℃。溫度效應(yīng)考慮兩種組合：體系升溫十正溫差十升溫時墩體溫差，體系降溫十反溫差十降溫時墩體溫差。

靜風(fēng)荷載：施工風(fēng)速按30年一遇，成橋風(fēng)速按100年一遇計。橫橋向風(fēng)力按規(guī)范公式計算。

船撞力：橫橋向18400kN，順橋向9200kN.作用點位置按規(guī)范或?qū)ｎ}確定。

（3）施工方法及主要工況

擬采用懸臂澆注法施工。為確保施工階段單T的順橋向抗彎及根橋向抗扭穩(wěn)定性，將P2、P5號墩墩頂與主梁臨時固結(jié)，在次邊跨合龍施工完成后予以解除，完成體系轉(zhuǎn)換。主要工況為；①施工基礎(chǔ)及墩身，懸臂澆筑至最大懸臂狀態(tài)，形成單T；②滿堂支架澆筑邊跨現(xiàn)澆段，配重施工；③邊跨合龍，現(xiàn)澆段支架拆除；④次邊跨合龍；⑤中跨合龍，形成結(jié)構(gòu)體系對施加二部恒載；⑦運營。

（4）計算結(jié)果

主梁次邊跨跨中汽車活載撓度為0.111m，中跨跨中為0.096m.

主梁應(yīng)力：成橋狀態(tài)混凝土應(yīng)力最大約 155kg／平方厘米，最小約26kg／平方厘米，組合①混凝土應(yīng)力最大約 17Ikg／平方厘米，最小約10kg／平方厘米，組合②混凝土應(yīng)力最大約 215kg／平方厘米，最小約一6kg／平方厘米。

四、結(jié)束語

剛構(gòu)一連續(xù)組合梁兼顧了連續(xù)梁和連續(xù)剛構(gòu)的優(yōu)點而揚棄各自的缺點，在結(jié)構(gòu)受力、使用功能和適應(yīng)環(huán)境等方面均具有優(yōu)越性。在大墩位大位移支座逐步開發(fā)和應(yīng)用、懸臂施工技術(shù)已相當(dāng)成熟的前提下，只要對施工階段進(jìn)行合理的安排，施工中采取必要的措施，大跨徑剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋不失為受力合理、施工可行、造價經(jīng)濟的方案。

TU175

1674-3954（2011）03-0292-01