大跨連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)探討

呂衛(wèi)軍 楊 凱

(陜西省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，陜西西安 710068)

0 引言

連續(xù)剛構(gòu)橋由于跨越能力大、技術(shù)成熟、施工方便、造價(jià)相對(duì)較低，故實(shí)際中應(yīng)用較廣。無(wú)論山區(qū)、平原還是大江、大河，只要主墩高度不低，均可以采用連續(xù)剛構(gòu)。我國(guó)的西部地區(qū)多屬山嶺重丘區(qū)，山高谷深，特別是陜北地區(qū)，位于黃土高原，溝壑縱橫，這一特殊的地形地貌決定了必將修建更多的高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋梁。

1 工程概況

沮河特大橋是國(guó)家高速公路包頭至茂名線(G65)陜西境銅川至黃陵高速公路(銅川新區(qū)至何家坊段)在桃渠坡村跨越沮河的一座特大橋梁。

主橋上部為(85+3×160+85)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，下部主墩為薄壁空心墩、分隔墩為空心墩、樁基礎(chǔ);引橋上部為40 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，下部為空心墩、柱式墩、樁基礎(chǔ);橋臺(tái)為柱式臺(tái)、肋板臺(tái)、樁基礎(chǔ)。

2 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

主橋上部結(jié)構(gòu)為(85+3×160+85)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，由一個(gè)單箱單室箱形斷面組成。箱梁根部高度9.8 m，跨中梁高3.5 m，其間梁高按1.8次拋物線變化。箱梁頂板寬16.65 m，底板寬8.65 m，頂板厚0.32 m，底板厚由跨中0.32 m 按1.8 次拋物線變化至根部1.2 m，腹板厚度分別為0.6 m和0.8 m，0號(hào)塊范圍內(nèi)箱梁頂板厚0.5 m，底板厚1.4 m，腹板厚1.1 m。

0號(hào)塊箱梁內(nèi)設(shè)置4道橫隔板，跨中設(shè)置2道橫隔板。橋面橫坡采用不同腹板高度予以調(diào)整。主橋箱梁除墩頂0號(hào)塊外，其余各單“T”箱梁均采用掛籃懸臂澆筑法施工，分19對(duì)梁段，即5×3.0 m+6×3.5 m+8×4.5 m 進(jìn)行對(duì)稱(chēng)懸臂澆筑。0號(hào)塊件長(zhǎng)12.0 m，中跨合龍段長(zhǎng)2.0 m，邊孔現(xiàn)澆段長(zhǎng)3.85 m，邊跨合龍段長(zhǎng)2.0 m。主梁采用豎、橫、縱向三向預(yù)應(yīng)力體系。

3 設(shè)計(jì)體會(huì)

3.1 結(jié)構(gòu)幾何尺寸的確定

梁高和跨徑的比值是影響主梁受力狀態(tài)的主要參數(shù)，適當(dāng)增加梁高，可增加主梁剛度，改善主梁應(yīng)力狀態(tài)?？缰辛焊咭瞬捎弥骺缈鐝降?/40～1/50，小跨徑取大值。根部梁高宜采用主跨跨徑的1/16～1/18。所以在設(shè)計(jì)時(shí)一定要保證足夠的結(jié)構(gòu)幾何尺寸。沮河特大橋跨中梁高為3.5 m，根部梁高為9.8 m，分別為主跨跨徑的1/45.7 和1/16.3。

3.2 適當(dāng)減小邊、中跨比

連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨與中跨比的確定首先取決于全橋的總體布置與自然條件的協(xié)調(diào)性，在此基礎(chǔ)上再考慮梁體內(nèi)力分布的合理性與施工的方便。連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨和主跨比多集中在0.52～0.58之間。適當(dāng)減小邊、中跨比可以降低邊跨現(xiàn)澆段的剪力，從而減小此段的主拉應(yīng)力。本橋的邊中跨比例經(jīng)優(yōu)化后為0.53。

3.3 改善豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋的布置

以往連續(xù)剛構(gòu)橋豎向預(yù)應(yīng)力的布置在根部區(qū)段腹板厚的地方布置2排，在靠近跨中區(qū)段腹板窄的地方布置1排。

這種布置方式產(chǎn)生的問(wèn)題是在腹板比較窄的地方，剪應(yīng)力比較大，而豎向預(yù)應(yīng)力又只布置1排，使得主拉應(yīng)力進(jìn)一步加大。特別是在腹板寬度變化處截面更加突出。

新橋規(guī)中規(guī)定，考慮到豎向預(yù)應(yīng)力在施工時(shí)有難度、質(zhì)量不能保證，對(duì)豎向預(yù)應(yīng)力的效應(yīng)系數(shù)乘以0.6。

因此本橋設(shè)計(jì)時(shí)考慮到豎向預(yù)應(yīng)力可靠性、箱梁抗剪需要，對(duì)全橋長(zhǎng)度內(nèi)每側(cè)腹板均布置2排豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋，同時(shí)對(duì)豎向預(yù)應(yīng)力的效應(yīng)系數(shù)乘以0.6，使得主拉應(yīng)力不至于由于施工等因素造成實(shí)際值與設(shè)計(jì)值偏差較大而造成箱梁腹板開(kāi)裂。

3.4 合龍順序

邊、中跨合龍是控制全橋受力狀態(tài)及線形的關(guān)鍵工序，合龍工序和工藝必須嚴(yán)格控制，建議設(shè)計(jì)時(shí)給出詳細(xì)的邊、中跨合龍施工流程圖及合龍施工流程說(shuō)明，以便施工者清楚設(shè)計(jì)者的意圖，方便施工。

連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段、邊跨合龍、中跨合龍應(yīng)在結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定變形條件下和平衡狀態(tài)下進(jìn)行，其目的是保證結(jié)構(gòu)在施工階段避免受到不平衡荷載的不利影響。本橋采用的先邊跨、再中跨，最后次邊跨的順序進(jìn)行合龍。

3.5 跨中預(yù)拱度的設(shè)置

收縮徐變對(duì)撓度的影響很大，要想準(zhǔn)確的計(jì)算比較困難，所以在設(shè)計(jì)時(shí)可以適當(dāng)增大跨中預(yù)拱度值，保證成橋后使用階段的主橋線型。

預(yù)拱度的設(shè)置應(yīng)考慮以下幾方面的因素:

1)跨中的預(yù)應(yīng)力度。2)結(jié)構(gòu)、橋面鋪裝的超方。3)收縮徐變的影響。4)施工質(zhì)量。

綜合以上各種因素的影響，跨中設(shè)置合適的預(yù)拱度值，且預(yù)拱度的設(shè)置宜大不宜小。

本橋是在按規(guī)范計(jì)算預(yù)拱度的基礎(chǔ)上，再根據(jù)以前大跨剛構(gòu)橋在正常使用情況下產(chǎn)生的下?lián)现档慕y(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)給出。其中跨中按160 mm計(jì)算，邊跨懸臂端按40 mm考慮，其余節(jié)點(diǎn)按余弦曲線計(jì)算。

3.6 頂推力的施加

連續(xù)剛構(gòu)橋在懸臂施工中受梁段自身重量、掛籃變形、溫度變化、混凝土收縮徐變和預(yù)應(yīng)力鋼束張拉等因素的影響，會(huì)產(chǎn)生較大變形，而且后期營(yíng)運(yùn)中混凝土的收縮徐變對(duì)其結(jié)構(gòu)力學(xué)行為影響較大。由于混凝土的收縮徐變產(chǎn)生的主梁縮短而導(dǎo)致的主墩在運(yùn)營(yíng)期間向跨中方向傾斜，這不但影響橋梁美觀和行車(chē)舒適性，而且還使結(jié)構(gòu)處于不利受力狀態(tài)。為了讓橋梁結(jié)構(gòu)處于合理的受力狀態(tài)，常常在施工時(shí)施加水平頂推力使主墩向兩岸頂偏方式來(lái)抵消上述不利受力狀態(tài)，使橋梁在后期運(yùn)營(yíng)時(shí)達(dá)到理想線形和合理的受力狀態(tài)。頂推量的大小按照收縮徐變完成后的恒載狀態(tài)下，主墩墩頂位移基本為零的原則確定。實(shí)施頂推作業(yè)時(shí)，以主墩墩頂位移為主，頂推力為輔進(jìn)行雙控。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，本橋在次中跨合龍時(shí)對(duì)兩個(gè)邊墩對(duì)稱(chēng)施加200 t的水平頂推力以解決上述問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

連續(xù)剛構(gòu)橋梁是我國(guó)西部地區(qū)橋梁建設(shè)中最基本的橋型之一。本文通過(guò)對(duì)沮河特大橋的設(shè)計(jì)，總結(jié)了大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋在設(shè)計(jì)中的一些注意要點(diǎn)，為橋梁設(shè)計(jì)人員提供參考。

［1］孫 飛.關(guān)于大跨連續(xù)剛構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究［J］.山西建筑，2008，34(25):324-325.

［2］大跨徑連續(xù)剛構(gòu)設(shè)計(jì)指南條文［Z］.