大跨度連續(xù)組合箱梁橋設(shè)計(jì)構(gòu)思

【摘要】近年來(lái)在高等級(jí)公路和城市道路建設(shè)工程中，很普遍應(yīng)用到連續(xù)組合箱梁的構(gòu)造形式，這種形式的梁整體性能好、施工簡(jiǎn)單、質(zhì)量可靠。本文將結(jié)合具體的工程實(shí)例，對(duì)大跨度連續(xù)組合箱梁橋的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行探討，主要從結(jié)構(gòu)布置、負(fù)彎矩區(qū)設(shè)計(jì)以及主梁構(gòu)造方面進(jìn)行論述，希望能夠?qū)ο囝愃乒こ唐鸬浇梃b的作用。

【關(guān)鍵詞】連續(xù)組合箱梁；結(jié)構(gòu)布置；負(fù)彎矩區(qū)設(shè)計(jì)

1.工程概況

本工程位于河道中間，受水文環(huán)境的影響較大，因此在設(shè)計(jì)時(shí)為了減小水文的影響，考慮采用大跨度橋梁。經(jīng)過(guò)分析，最終確定采用鋼與混凝土連續(xù)組合箱梁。本橋梁的主跨長(zhǎng)度為105m，兩聯(lián)全長(zhǎng)為1400m。橋梁為6車道公路，并按照2線軌道交通的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中的要求包括：汽車荷載為公路Ⅰ級(jí)，列車荷載按每次來(lái)48t、長(zhǎng)度16.5、10輛編組考慮。設(shè)計(jì)時(shí)荷載的確定需要考慮橋梁全線通行的情況，包括6輛汽車和2線列車的荷載。同時(shí)，還應(yīng)考慮軌道系和維修、逃生通道的荷載，分別為66KN/m和10KN/m。因此，本橋梁不僅具有較大的跨度，而且規(guī)模大、施工難度高等。下面，本文將從結(jié)構(gòu)布置、負(fù)彎矩區(qū)設(shè)計(jì)以及主梁構(gòu)造方面對(duì)連續(xù)組合箱梁的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行闡述。

2.結(jié)構(gòu)布置

本橋梁全寬一共分為兩幅，單幅箱梁橋面板的寬度有17.5m，采用梁高5m的等高梁。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮多方面的因素。結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，尤其是重點(diǎn)考慮到了多箱梁易于運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，同時(shí)安裝方便，但鑒于多箱梁結(jié)構(gòu)分散，因此進(jìn)行箱梁設(shè)計(jì)時(shí)要多加考慮橫向聯(lián)結(jié)問(wèn)題，因此難以在本大跨度橋梁中應(yīng)用。如果從另外一個(gè)角度來(lái)分析，考慮采用整幅橋面的話，則會(huì)受到橋面寬度的限制，加上本工程的橋梁設(shè)計(jì)寬度達(dá)到35m，如果設(shè)計(jì)上采用整幅橋面在本橋梁的條件下，對(duì)上部結(jié)構(gòu)的施工會(huì)造成一定的困難，而且同時(shí)受到主航道分離鋼箱截面形式的影響，本橋梁橋面需要在增加10m，因此也不適合應(yīng)用整幅橋面的形式。另外鑒于本橋梁位于江上，頂推法和節(jié)段拼裝法在經(jīng)濟(jì)上都無(wú)法滿足要求，都失去了應(yīng)用的可能。本橋梁將兩幅橋分開進(jìn)行施工建設(shè)，每一幅的橋?qū)挒?7.15m，截面的形式為單箱單室形式，將截面組合起來(lái)荷載能達(dá)到1900t，用于截面吊裝的起重設(shè)備可以考慮用于混凝土箱梁的吊裝，這樣綜合考慮能夠有一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)在橋面的整修時(shí)，方便進(jìn)行車輛的轉(zhuǎn)移。

本橋梁在結(jié)構(gòu)形式布置設(shè)計(jì)時(shí)綜合考了結(jié)構(gòu)受力以及橋梁景觀等因素，邊跨的長(zhǎng)度為90m，介于105m的中跨和107的斜拉橋邊跨之間，這種連續(xù)組合箱梁的形式不僅僅是有效地滿足了橋梁合理受力的要求，同時(shí)又符合橋梁對(duì)于景觀的要求。本工程中采用了梁高5m的等高梁，這樣在經(jīng)濟(jì)上節(jié)約了材料的成本，又易于施工制造與安裝。

3.負(fù)彎矩區(qū)設(shè)計(jì)

3.1設(shè)計(jì)原則

由于本橋梁采用的是連續(xù)組合箱梁結(jié)構(gòu)，因此要考慮負(fù)彎矩的作用，通常在中間墩附近存在負(fù)彎矩，這樣使得上緣混凝土處于受拉狀態(tài)。施工中的混凝土板或滿足開裂要求，或進(jìn)行預(yù)防開裂處理，或允許裂縫的出現(xiàn)但對(duì)其寬度有一定的規(guī)范限制。由于本工程橋梁的跨度大，在其中使用的結(jié)構(gòu)鋼梁較為強(qiáng)大，本橋梁預(yù)防開裂的主要措施是通過(guò)采取預(yù)應(yīng)力束施加預(yù)應(yīng)力，但在本橋梁中需要較多的預(yù)應(yīng)力束，這些施加的預(yù)應(yīng)力都是有鋼梁承擔(dān)的，通過(guò)后期預(yù)應(yīng)力損失較大，這不僅造成效率低，而且大量預(yù)應(yīng)力束的錨固也存在著困難與不利影響。不管是在混凝土板內(nèi)錨固還是在鋼梁上錨固，都會(huì)給聯(lián)結(jié)件造成不利影響，還可能引起局部受力復(fù)雜。因此，經(jīng)過(guò)綜合的考慮，本橋梁采取的負(fù)彎矩區(qū)設(shè)計(jì)方案為不采取預(yù)應(yīng)力束，而只是提高鋼筋的配筋率，同時(shí)允許橋面在限定范圍內(nèi)開裂。

3.2減小負(fù)彎矩的措施

本橋梁允許橋面開裂，但是裂縫如果過(guò)大的話，會(huì)影響橋梁的耐久性和使用性，因此必須采取有效的措施減少負(fù)彎矩裂縫的開裂，通過(guò)降低負(fù)彎矩的大小。本橋梁施工中鋼和混凝土的空間與時(shí)間的不同搭配，會(huì)對(duì)橋梁受力產(chǎn)生不同的影響，印象進(jìn)過(guò)綜合的考慮，本橋梁采取負(fù)彎矩區(qū)橋面板滯后結(jié)合于支點(diǎn)升級(jí)的方法來(lái)降低中支點(diǎn)負(fù)彎矩。選用整孔吊裝方案，施工中先進(jìn)行孔梁、80m區(qū)段鋼梁以及混凝土板的組合，吊裝完成之后進(jìn)行鋼梁和橋面板的安裝，最后澆筑成截面。這樣的施工程序，后結(jié)合的中點(diǎn)支點(diǎn)橋面避免承擔(dān)負(fù)彎矩作用，使其處于有利的受力狀態(tài)。同時(shí)在負(fù)彎矩區(qū)橋面板結(jié)合前，鋼梁聯(lián)結(jié)后，先在支點(diǎn)對(duì)梁頂升，等到橋面施工完成之后在回落。這些措施都有效的改善了橋面的負(fù)彎矩的受力狀態(tài)，使橋面是荷載作用下產(chǎn)生的裂縫寬度能夠在限制范圍之內(nèi)，保證了橋面的耐久性和使用性能。

4.主梁構(gòu)造

4.1構(gòu)造形式

根據(jù)是否開口，可以將鋼結(jié)構(gòu)的形式分為槽形截面和閉合截面。槽形截面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，受力明確，而閉合截面的使用需要在混凝土板無(wú)滲漏的情況下，并且對(duì)抗扭要求高。考慮到本橋梁采用的是整裝吊裝方案，大部分構(gòu)件都是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行預(yù)制的，大部分梁段均為組合截面，因此考慮采用槽形截面的鋼結(jié)構(gòu)。橋面與鋼梁的結(jié)合形式有縱向和縱橫雙向兩種。采用縱向結(jié)合的方式，混凝土板的橫向受力易于控制，可以通過(guò)預(yù)應(yīng)力的作用進(jìn)行控制板厚。而采用縱橫雙向結(jié)合方式，增加了鋼筋的使用量，其板厚不僅僅有橫向力控制，因此可以減少本橋梁的橋面板厚。經(jīng)過(guò)分析研究，本橋梁的橋面寬度為17.15m，配置一定量的橫向預(yù)應(yīng)力束，橋面的板厚取為30～50cm，橋面的厚度設(shè)置同時(shí)滿足了橫向受力和縱向受力的要求，因此最終考慮將結(jié)合形式確定為縱向結(jié)合方式。

4.2鋼梁及加勁結(jié)構(gòu)

本橋梁為連續(xù)梁，主要上下翼緣受到彎剪作用，腹板縱向加勁肋在其中不起抗彎作用，僅為增加穩(wěn)定。對(duì)于本橋梁，在正彎矩區(qū)，大部分的腹板都受到拉力作用，這樣受力狀態(tài)可以減少加勁肋的使用。因此，本橋梁僅采用簡(jiǎn)單的板式加勁肋即可。在跨中上緣、支點(diǎn)下緣分別布置兩道加勁肋，在彎矩變化的區(qū)域，根據(jù)彎矩的大小合理增加或減少加勁肋。腹板豎向加勁肋的布置還應(yīng)考慮到間距的大小，這關(guān)系到橋梁的局部穩(wěn)定。在下翼緣布置加勁肋的作用于腹板不同，它不僅可以起到抗彎的作用，還可以在受壓區(qū)起到增加穩(wěn)定的作用。因此經(jīng)過(guò)考慮，本橋梁連續(xù)布置6道T形加勁肋，間距為1.0m，同時(shí)上翼緣應(yīng)進(jìn)行加厚處理，大部分厚度為24mm。為了滿足施工的要求，應(yīng)在箱梁中布置加勁桿件，在橋面的施工過(guò)程中，對(duì)于槽形鋼梁的施工，應(yīng)進(jìn)行加強(qiáng)處理，采用的是在橫向加勁肋的位置設(shè)置型鋼桿件，間距為5m，在支點(diǎn)處采用實(shí)腹式橫隔板進(jìn)行代替。在本橋梁的施工過(guò)程中，大部分橋面板是在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行預(yù)制的，與頂推法相比，受力情況簡(jiǎn)單明確，易于控制。

5.結(jié)語(yǔ)

文章通過(guò)結(jié)合預(yù)應(yīng)力組合箱梁橋設(shè)計(jì)實(shí)例，針對(duì)本橋梁不僅具有較大的跨度，而且規(guī)模大、施工難度高等特點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)形式布置設(shè)計(jì)時(shí)綜合考了結(jié)構(gòu)受力以及橋梁景觀等因素，邊跨的長(zhǎng)度為90m、梁高5m的等高梁，這種連續(xù)組合箱梁的形式不僅僅是有效地滿足了橋梁合理受力的要求，同時(shí)又符合橋梁對(duì)于景觀的要求，在經(jīng)濟(jì)上節(jié)約了材料的成本，又易于施工制造與安裝，值得同類工程所參考借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]任紅偉，陳海波，宋建永.波紋鋼腹板預(yù)應(yīng)力組合箱梁橋的設(shè)計(jì)計(jì)算分析[J].公路交通科技，2009（25）：30-31.

[2]楊洋，蘇國(guó)榮.部分預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2006（21）：28-34.

[3]邵長(zhǎng)宇.大跨連續(xù)組合箱梁橋的概念設(shè)計(jì)[J].橋梁建設(shè)，2005（02）：115-117.