大跨徑連續(xù)梁橋的設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)分析

摘 要:連續(xù)梁橋技術(shù)因其具有的受力均勻、整體性好、節(jié)省材料，安全度高等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于我國中跨徑和大跨徑的橋梁建設(shè)項(xiàng)目中。但在投入運(yùn)營的近十年間，大跨徑連續(xù)梁橋也暴露出了跨中撓度過大、腹板開裂變形等一系列質(zhì)量問題，這就需要設(shè)計(jì)者控制好影響其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的諸多因素。本文通過對(duì)連續(xù)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中關(guān)鍵部位的計(jì)算，分析了預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁成橋的合理狀態(tài)，并簡要說明了設(shè)計(jì)中應(yīng)充分注意的問題。

關(guān)鍵詞:連續(xù)梁橋 橋梁設(shè)計(jì) 大跨徑

中圖分類號(hào):U443文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)08(b)-0056-01

1 預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁技術(shù)在大跨徑橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

連續(xù)梁橋是一種指兩跨或兩跨以上，連續(xù)的超靜定結(jié)構(gòu)橋梁。由于其主梁連續(xù)支承在幾個(gè)橋墩上，支點(diǎn)產(chǎn)生的負(fù)彎矩對(duì)跨中正彎矩具有卸載作用，其彎矩的絕對(duì)值較同跨徑的其他橋梁更小，并具有更大的橋下凈空，因此顯示出受力均勻、整體性好、節(jié)省材料，安全度高等優(yōu)點(diǎn)。而預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋則因其具有的剛度高、接縫少、行車舒適等優(yōu)點(diǎn)，成為了連續(xù)梁橋的主要結(jié)構(gòu)形式，目前我國很多跨度范圍在30～350m內(nèi)的橋梁，都是使用該方法設(shè)計(jì)建造的，但投入運(yùn)營的近十年間，大跨徑連續(xù)梁橋也暴露出了跨中撓度過大、腹板開裂變形等一系列質(zhì)量問題，需要建設(shè)者在設(shè)計(jì)施工中給予充分的重視。此外，由于墩臺(tái)的不均勻沉降會(huì)引起超靜定結(jié)構(gòu)梁體各孔內(nèi)力發(fā)生變化，因此連續(xù)梁橋技術(shù)通常僅用在地基條件較好的大跨徑橋梁項(xiàng)目中。

2 連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 主梁截面計(jì)算

由于跨度的增加導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)自重占總設(shè)計(jì)荷載比重的增加，因此，大跨度橋梁在滿足剛度需要的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡可能減輕上部結(jié)構(gòu)自重，并以較大的截面面積獲得所需的有效承載能力。設(shè)計(jì)中首先要考慮的問題，是連續(xù)主梁斷面型式的優(yōu)選，及根據(jù)實(shí)際情況確定其截面尺寸。

2.2 箱梁結(jié)構(gòu)計(jì)算

大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋通常采用變高、變底板厚度的箱梁構(gòu)造形式。而通過曲線對(duì)比分析論證，可以得出梁底變化規(guī)律如下列二次拋物線形式:

Y=H跨中+BX2

其中H跨中為主流箱梁的跨中梁高;Y為所求點(diǎn)之梁高;X為所求點(diǎn)距坐標(biāo)原點(diǎn)的距離;梁底曲線方程的坐標(biāo)原點(diǎn)在單T最大懸臂段頂面末端。

箱梁底板同樣按二次拋物線變化，箱梁縱向在主墩設(shè)橫隔板兩道，其位置與主墩側(cè)壁相對(duì)應(yīng)，以便在箱梁懸臂澆筑時(shí)，設(shè)置梁墩臨時(shí)固結(jié)構(gòu)造。主梁邊跨部將頂、底板及腹板加厚，形成勁性框構(gòu)，也起到端橫隔的作用，為便于施工，各橫隔板一般均設(shè)入孔。

2.3 預(yù)應(yīng)力體系的優(yōu)化布置

目前大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋體多采用懸臂法進(jìn)行施工，并以成橋階段的受力狀態(tài)作為其預(yù)應(yīng)力的布置依據(jù)?？v向預(yù)應(yīng)力配束方案設(shè)計(jì)則是參考荷載作用下的彎矩包絡(luò)圖，配置連續(xù)預(yù)應(yīng)力束與腹板下彎束及頂板直線束等懸臂預(yù)應(yīng)力束?？v向預(yù)應(yīng)力筋的布置要充分考慮截面的受力情況，以適當(dāng)減少剪力滯的影響。縱向預(yù)應(yīng)力筋的布置應(yīng)符合結(jié)構(gòu)各部件的受力特點(diǎn)，如邊孔的彎起預(yù)應(yīng)力筋或連續(xù)預(yù)應(yīng)力筋一般不宜取消。對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼束宜采用分散錨固，不能避免時(shí)應(yīng)考慮集中錨固區(qū)局部應(yīng)力，構(gòu)造上必須予以加強(qiáng)。

3 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁成橋合理狀態(tài)分析

懸臂施工是將大跨度箱梁分為若干部分，先對(duì)橋墩兩側(cè)的某段箱梁進(jìn)行施工，待其達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再以此段結(jié)構(gòu)作為支撐，按多個(gè)施工階段進(jìn)行懸臂拼裝或懸臂澆筑的施工方法，該法可以通過對(duì)橋體應(yīng)力分析的直接影響，達(dá)到施工階段最不受力的狀態(tài)。設(shè)計(jì)中應(yīng)以施工及使用階段的應(yīng)力包絡(luò)組合作為約束條件，按施工實(shí)際步驟對(duì)全梁進(jìn)行前進(jìn)分析，以形成施工中控制截面點(diǎn)、附加荷載點(diǎn)等位置的應(yīng)力包絡(luò)，并結(jié)合材料特性、幾何特性、有限元模型及預(yù)應(yīng)力索位因素等計(jì)算出最優(yōu)預(yù)應(yīng)力索數(shù)，以得到滿足強(qiáng)度要求的配索結(jié)果。

應(yīng)特別注意的是，由于預(yù)應(yīng)力效應(yīng)引起的收縮、徐變的應(yīng)力重分布，可能使估索結(jié)果無法滿足強(qiáng)度要求或偏離實(shí)際的優(yōu)化結(jié)果，因此在施工圖設(shè)計(jì)階段確定成橋合理內(nèi)力狀態(tài)時(shí)，應(yīng)將收縮、徐變等時(shí)效影響計(jì)算在內(nèi)，并將施工分為單T施工、體系轉(zhuǎn)換以及成橋狀態(tài)等三個(gè)階段，以得到最終的綜合優(yōu)化結(jié)構(gòu)。

單T狀態(tài)的結(jié)構(gòu)受力是以支點(diǎn)負(fù)彎矩為主，索力規(guī)整時(shí)又增大了預(yù)應(yīng)力張拉力，故最優(yōu)索力一般都滿足單T施工各階段的強(qiáng)度要求。而體系轉(zhuǎn)換后，則應(yīng)將單T施工結(jié)束時(shí)的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)作為初態(tài)，與體系轉(zhuǎn)換引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)力進(jìn)行疊加，形成一個(gè)新的結(jié)構(gòu)控制截面應(yīng)力向量。計(jì)算應(yīng)力影響矩陣時(shí)，應(yīng)注意到與索力增量向量相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力影響向量，必須用單T結(jié)構(gòu)模式計(jì)算;體系轉(zhuǎn)換后張拉的預(yù)應(yīng)力影響向量必須用體系轉(zhuǎn)換后的結(jié)構(gòu)模式計(jì)算。全橋合攏后，一般需要張拉連續(xù)索，此時(shí)結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足營運(yùn)階段應(yīng)力的約束條件，這一階段的索力優(yōu)化可仿照體系轉(zhuǎn)換階段的索力優(yōu)化方法進(jìn)行。通過以上三步計(jì)算，不僅可以得到最優(yōu)的預(yù)應(yīng)力索布置，而且還可以得到各施工階段結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。

4 設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題

為提高橋梁的穩(wěn)定性與耐久性，還應(yīng)在設(shè)計(jì)中注意下列問題。

4.1 材料的選擇

研究表明，混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高對(duì)其抗壓強(qiáng)度的提高作用并不明顯，因此提高一至兩個(gè)混凝土等級(jí)對(duì)提高橋梁結(jié)構(gòu)整體抗裂性的幫助不大。但如能在工程中通過選用輕質(zhì)混凝土，達(dá)到比降低頂?shù)装寤蚋拱搴穸雀玫臏p輕橋體重量的效果，從而增大箱梁的相對(duì)截面尺寸，就會(huì)使大跨徑橋體更加穩(wěn)定。此外，應(yīng)選擇收縮徐變系數(shù)小的混凝土降低其變異程度對(duì)橋梁使用期的內(nèi)部作用。而優(yōu)選施工方案，對(duì)施工工藝加以有效控制，也能減小溫度、預(yù)應(yīng)力損失及收縮徐變對(duì)橋梁的不利影響。

4.2 對(duì)腹板斜裂縫的控制

腹板下彎束對(duì)抵抗主拉應(yīng)力的作用明顯，是抑制腹板斜裂縫的重要手段，但由于其產(chǎn)生的徑向拉應(yīng)力與腹板橫向拉應(yīng)力的共同作用又可能導(dǎo)致斜裂縫的出現(xiàn)，因此應(yīng)在滿足橋體強(qiáng)度的情況下，合理減少配束的數(shù)量，并通過設(shè)置腹板箍筋，抑制腹板斜裂縫的出現(xiàn)。豎向預(yù)應(yīng)力損失也會(huì)使混凝土承受的主拉應(yīng)力增大，因此應(yīng)考慮到各項(xiàng)導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失的因素而進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整。此外，箱梁開裂常常伴隨著剪切變形等其他質(zhì)量問題，對(duì)長期撓度影響很大，因此應(yīng)通過合理增大腹板厚度等方式提高其抗裂性和承剪能力，抑制裂縫與形變耦合效應(yīng)對(duì)箱梁的損害。

參考文獻(xiàn)

[1] 何庭國，袁明，陳列，等.福廈鐵路跨越烏龍江長聯(lián)大跨連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)[J].橋梁建設(shè)，2008(4).

[2] 趙鐵永，陳堯三.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的設(shè)計(jì)[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2007(16).

[3] 馬寧.大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)分析[J].遼寧省交通高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2009(2).

[4] 姜揚(yáng)劍，李亮亮.大跨徑連續(xù)梁腹板下彎束與腹板斜裂縫探討[J].公路交通技術(shù)，2009(5).