橋梁設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)問題分析

摘要：在現(xiàn)代橋梁設(shè)計中，大跨連續(xù)剛構(gòu)橋作為橋梁設(shè)計人員首選橋梁類型，致使該類橋梁質(zhì)量面臨嚴(yán)峻考驗，如虎門大橋因?qū)蛄簯?yīng)力與荷載力判斷力度不足，出現(xiàn)主梁拉裂狀況；長江大橋使用階段主梁撓度過度狀況，因此需要對橋梁安全與耐久性進(jìn)行有效控制。文章對橋梁設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：大跨連續(xù)剛構(gòu)橋；橋梁設(shè)計；技術(shù)分析；線性控制；應(yīng)力控制 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：U445 文章編號：1009-2374（2017）03-0090-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.03.040

1 大跨連續(xù)剛構(gòu)橋橋梁設(shè)計常見問題

剛構(gòu)橋起源于20世紀(jì)50年代，隨著施工材料、施工工藝與計算手段的優(yōu)化，促使大跨連續(xù)剛構(gòu)橋出現(xiàn)在人們視野中。大跨連續(xù)剛構(gòu)橋在高橋墩和大跨徑的地質(zhì)環(huán)境中較為常見，其優(yōu)勢在于可通過墩梁基礎(chǔ)三點共同受力的方式，對橋梁整體結(jié)構(gòu)受力問題進(jìn)行有效控制。在優(yōu)點凸顯的過程中，缺點也會隨之顯露，下文主要針對大跨連續(xù)剛構(gòu)橋橋梁設(shè)計問題進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1.1 分孔比例

針對大跨連續(xù)剛構(gòu)橋其邊跨、中跨比例的確定，橋梁整體布局和自然條件應(yīng)協(xié)調(diào)，對梁體內(nèi)力合理分布。目前，國內(nèi)已投入使用的大跨連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨和中跨比例在0.5～0.692范圍，而美國HOUST剛構(gòu)橋邊中跨比例為0.5，僅有少部分連續(xù)剛構(gòu)橋比例在0.6以上。據(jù)相關(guān)理論研究結(jié)果顯示，當(dāng)大跨連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨和中跨比例在0.54～0.56間，可能會引起邊墩合攏邊跨問題。

1.2 截面

在大跨連續(xù)剛構(gòu)橋建設(shè)期間，一般采用箱形作為截面形式，而箱形截面頂部寬度若在22m以內(nèi)，可選用單箱單室；若寬度在22m以上，可采用上下分離箱室。與此同時，在進(jìn)行大跨連續(xù)剛構(gòu)橋頂板厚度選擇中，其厚度標(biāo)準(zhǔn)為0.25～0.28m；而底板厚度最小卻為0.32m，僅在特殊情況下，橋梁底板厚度為0.28m/0.25m。

1.3 溫度內(nèi)力

在避免大跨連續(xù)剛構(gòu)橋梁墩固結(jié)的問題出現(xiàn)，對其溫度內(nèi)力實施控制，具體措施如下：首先，降低橋墩抗推剛度。從理論學(xué)的角度，橋墩抗推剛度、溫度內(nèi)力是正比，若因橋梁墩身不足，可以選擇柔性樁基方式，將其抗推剛度控制在最小范圍內(nèi)；其次，對橋梁總長的限制。隨著橋梁建設(shè)水平的提升，促使大跨聯(lián)系鋼構(gòu)橋總長得到有效增加，目前國內(nèi)最長剛構(gòu)橋長度為1060m；最后，合攏溫度。采用懸臂式澆筑法，在梁段澆筑工作結(jié)束后，實施大跨連續(xù)剛構(gòu)橋主梁合攏工作，其具體包含中跨合攏、邊跨合攏兩項內(nèi)容，合攏工作應(yīng)在梁段澆筑后標(biāo)準(zhǔn)溫度內(nèi)完成。

1.4 通航防撞

針對江河或海峽等條件下的大跨連續(xù)剛構(gòu)橋建設(shè)，其雙薄壁橋墩應(yīng)避免與船舶撞擊力相接觸，通過人工防撞島、防撞設(shè)施和分離防撞島的建設(shè)，減緩船舶撞

擊力。

1.5 結(jié)構(gòu)分析

大跨連續(xù)剛構(gòu)橋主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計中，采用橋梁縱向計算、內(nèi)力計算和墩身結(jié)構(gòu)影響等方面進(jìn)行分析：首先，橋梁縱向計算。依據(jù)大跨連續(xù)剛構(gòu)橋?qū)嶋H特點、階段分解等原則，實現(xiàn)節(jié)點與單元的合理劃分，其橋梁荷載應(yīng)包含荷載和活載、汽車制動力與溫度荷載、風(fēng)力以及支座摩擦力等內(nèi)容，通過對橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力、應(yīng)力與位移的計算，加之混凝土澆筑與掛籃就位、預(yù)應(yīng)力張拉等環(huán)節(jié)的運用，確保橋梁縱向計算結(jié)果的準(zhǔn)確度；其次，橋梁內(nèi)力計算。主要依據(jù)彈性支承平面框架原理，實施科學(xué)計算工作，而汽車荷載縱向標(biāo)準(zhǔn)需以溫度、預(yù)應(yīng)力為前提，因此橋梁溫度與預(yù)應(yīng)力要進(jìn)行綜合考量；最后，墩身結(jié)構(gòu)影響。由于大跨連續(xù)剛構(gòu)橋墩梁固結(jié)受到溫度、混凝土收縮力與汽車制動力的影響，加之橋梁多數(shù)處于大型峽谷附近，因峽谷風(fēng)效應(yīng)的制約，對于橋梁穩(wěn)定與抵抗強度有著更為嚴(yán)格的規(guī)定，用以實現(xiàn)對風(fēng)荷載的

控制。

2 大跨連續(xù)剛構(gòu)橋橋梁設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

2.1 線性控制

依據(jù)MIDAS 6.7.1完成大跨連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)分析模型建立，用以完成橋梁建設(shè)期間數(shù)據(jù)計算與分析工作。在本橋梁工程中，模型創(chuàng)建過程中，設(shè)置212個單元、218個節(jié)點；其中1-180單元為大跨連續(xù)剛構(gòu)橋主梁單元、181-212單元為大跨連續(xù)剛構(gòu)橋橋墩單元，而主梁、橋墩間選用梁單元作為模擬量，結(jié)合剛壁連接的使用，合理控制大跨連續(xù)剛構(gòu)橋主梁和橋墩間橫向自由度、豎向自由度以及扭轉(zhuǎn)自由度，同時結(jié)合橋梁參數(shù)、設(shè)計工序等條件，對橋梁成型狀態(tài)進(jìn)行確定，通過對計算公式的運用，判斷不同狀態(tài)下橋梁結(jié)構(gòu)變形量與受力問題。在橋梁模型確定后，依據(jù)預(yù)應(yīng)力鋼絞線參數(shù)、特性等因素，結(jié)合國標(biāo)GB/T 5224-2003標(biāo)準(zhǔn)，選用松弛度低、強度高、抗拉力為1864兆帕、彈性模量為195000兆帕的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，其預(yù)應(yīng)力受損參數(shù)如表1所示，而橋梁主梁、橋墩材料和截面性質(zhì)如表2所示。在表1中，可知預(yù)應(yīng)力受損參數(shù)均相對較低，可知在本次工程中，可忽視預(yù)應(yīng)力受損問題對橋梁設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)的影響；而表2中對主梁、墩身各項參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，是實現(xiàn)對大跨連續(xù)橋設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)的有效保障。

2.2 應(yīng)力控制

首先，大跨連續(xù)剛構(gòu)橋應(yīng)力控制原理為依據(jù)橋梁實際應(yīng)力值，結(jié)合應(yīng)變規(guī)律，以彈性模量為參考，對橋梁預(yù)應(yīng)力進(jìn)行合理運算。在該橋梁工程中，材料彈性模量為1.96×106Pa，同時混凝土材質(zhì)其彈性模量，會隨著使用年限的增加而有所變化，即混凝土材料具有較強的時效性；其次，應(yīng)力控制原因與標(biāo)準(zhǔn)。通過對大跨連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁預(yù)應(yīng)力鋼束與自重的測量，并以此測量結(jié)果為對比參考數(shù)據(jù)，對后期橋梁建設(shè)項目的開展提供數(shù)據(jù)參考，從而更好地判斷橋梁性能與質(zhì)量是否處于標(biāo)準(zhǔn)范圍；最后，設(shè)備選擇。針對大跨連續(xù)剛構(gòu)橋應(yīng)力設(shè)計工作中，常見設(shè)備為綜合測試儀（型號：JMZX-002、精度：0.1%±0.1Hz）、便攜式紅外測溫儀（型號：MS、精度：1%±1℃）、溫度傳感器（型號：JMT-26B、分辨率：0.5℃）和智能弦式數(shù)碼應(yīng)變計（型號：JMZX-215AT、靈敏度：1με）、表面貼智能弦式數(shù)碼應(yīng)變計（型號：JMZX-212T、靈敏度：1με），同時其測量溫度也應(yīng)控制在-5℃～+5℃。

3 結(jié)語

從上文闡述可知，大跨連續(xù)剛構(gòu)橋中因分孔比例、截面、溫度內(nèi)力、通航防撞、結(jié)構(gòu)分析等因素，導(dǎo)致橋梁設(shè)計過程出現(xiàn)各類問題。因此要做好大跨連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計工作，則需充分對影響因素進(jìn)行分析，結(jié)合線性控制與應(yīng)力控制等關(guān)鍵技術(shù)的運用。

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作者簡介：楊舟（1981-），男，陜西西安人，中設(shè)設(shè)計集團股份有限公司工程師，研究方向：橋梁設(shè)計管理。

（責(zé)任編輯：王 波）