連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

韓百成

（貴州省建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，貴州貴陽550001）

連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

韓百成

（貴州省建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，貴州貴陽550001）

針對目前連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁設(shè)計(jì)過程中存在的問題，以實(shí)際案例分析連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，并提出具體問題的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。結(jié)果表明，連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁設(shè)計(jì)效用，要根據(jù)工程所處的地質(zhì)氣候條件來進(jìn)行有效控制。

連續(xù)剛構(gòu)箱梁；掛籃結(jié)構(gòu)；主梁合攏段設(shè)計(jì)；鋼絞線管道摩阻系數(shù)

0 引言

連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁是作用于大跨徑橋梁工程設(shè)計(jì)建設(shè)的結(jié)構(gòu)形式。其實(shí)際設(shè)計(jì)過程不僅要保證結(jié)構(gòu)的無體系轉(zhuǎn)換、無大型支座結(jié)構(gòu)以及順橋向抗推剛度小等目標(biāo)，還要注重溫度、材料參數(shù)指標(biāo)和掛籃結(jié)構(gòu)的作用效果。基于此，設(shè)計(jì)建設(shè)人員應(yīng)在明確連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁設(shè)計(jì)特點(diǎn)的前提下，找出具體設(shè)計(jì)效用控制的方法要點(diǎn)，其目的是為相關(guān)建設(shè)人員提供一些理論依據(jù)。

1 工程概況

平壩東外環(huán)連續(xù)剛構(gòu)橋工程位于貴州省安順市平壩區(qū)，是一種將墩身與連續(xù)主梁固結(jié)而成的橋梁。該橋梁全長約為2.3km，寬28 m,分左右兩幅，設(shè)計(jì)時速為80 km/h，且涉及的橋梁項(xiàng)目總投資高達(dá)6億元，其中主橋?yàn)?跨連續(xù)剛構(gòu)55 m+ 3×100 m+55 m=410 m，其建設(shè)目標(biāo)為進(jìn)一步推進(jìn)兩地基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，促進(jìn)地區(qū)的互聯(lián)互通。高架橋梁效果見圖1。

圖1 高架橋效果圖

2 連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁設(shè)計(jì)特點(diǎn)

連續(xù)剛構(gòu)橋是在連續(xù)梁橋和T型剛構(gòu)橋基礎(chǔ)上發(fā)展起來的大跨徑橋梁，其設(shè)計(jì)效果要具有跨越能力強(qiáng)、伸縮縫設(shè)置少、行車舒適性高以及平順度好等特點(diǎn)。此外，在實(shí)際建設(shè)使用過程中，施工還要實(shí)現(xiàn)無體系轉(zhuǎn)換、無大型支座，順橋向抗彎、順橋向抗推剛度小、橫橋向抗扭剛度大、充分適應(yīng)溫度環(huán)境和地震影響以及混凝土收縮徐變等目標(biāo)。由于連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)充分融合了連續(xù)梁和T型剛構(gòu)橋的作用優(yōu)勢，因此其能夠適用于地質(zhì)條件惡劣的建設(shè)環(huán)境。這里指的地質(zhì)條件惡劣情況包括：深谷、流域以及急流橋梁建設(shè)位置等。然而，近幾年，在對高墩、大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋進(jìn)行設(shè)計(jì)建設(shè)的過程中，存在一系列的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工管理控制方面的問題缺陷。因此，為避免平壩東外環(huán)連續(xù)剛構(gòu)橋工程因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題出現(xiàn)設(shè)計(jì)成橋狀態(tài)與施工成橋狀態(tài)不一致現(xiàn)象，相關(guān)人員應(yīng)加大箱梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)的研究力度，從而預(yù)防橋梁工程因受力不均勻而出現(xiàn)不同程度的病害影響[1]。

3 連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

M id a s C i v i l計(jì)算模型見圖2。

圖2 Midas civil計(jì)算模型

3.1 箱梁主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

就目前來說，連續(xù)剛構(gòu)橋梁的主梁施工大多采搭架現(xiàn)澆的施工方法，這就意味著施工人員在進(jìn)行實(shí)際操作時，要加強(qiáng)對空洞轉(zhuǎn)角位置的處理。此過程，施工人員還要根據(jù)工程成橋的設(shè)計(jì)要求以及具體情況，來實(shí)現(xiàn)橋墩彈性壓縮量的正對性分析和有效處理。值得注意的是，在對橋梁工程的橋墩墩頂進(jìn)行施工建設(shè)時，要在標(biāo)高位置上留出預(yù)抬值。而且，在澆筑混凝土施工前，要進(jìn)行預(yù)壓支架工作，以防止非彈性變形問題的出現(xiàn)[2]。

3.2 主梁合攏段設(shè)計(jì)

在對連續(xù)剛構(gòu)橋梁的主梁合攏段進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員要充分考慮設(shè)計(jì)溫度與實(shí)際施工環(huán)境溫度的差異。對于不可避免的設(shè)計(jì)與實(shí)際環(huán)境溫度差異問題，設(shè)計(jì)人員必須對其進(jìn)行處理控制，以提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的作用穩(wěn)定性。此外，在對主梁單邊合攏進(jìn)行設(shè)計(jì)時，設(shè)計(jì)人員還要控制好主梁懸臂配重及其平衡問題。如果發(fā)現(xiàn)實(shí)際情況與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)存在不符問題，設(shè)計(jì)人員必須對其進(jìn)行對應(yīng)的修正與改進(jìn)。以平壩東外環(huán)連續(xù)剛構(gòu)橋工程為例，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)實(shí)際建設(shè)溫度時，應(yīng)考慮工程所在地區(qū)的晝夜溫差較大給結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性帶來的影響，從而提高主梁合攏段建設(shè)使用的效果。此外，主梁合攏段設(shè)計(jì)人員還應(yīng)考慮到環(huán)境可能對骨架作用帶來的影響，即可通過計(jì)算提出預(yù)埋件與鋼絞線的張拉要求[3]。

3.3 材料參數(shù)確定

連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁設(shè)計(jì)人員要確定材料參數(shù)過程中，要根據(jù)其與結(jié)構(gòu)內(nèi)力存在的作用關(guān)系作為依據(jù)。具體來說，設(shè)計(jì)人員要對橋梁鋼絞線的力學(xué)參數(shù)以及混凝土材料性能進(jìn)行檢測，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)材料的性能指標(biāo)滿足結(jié)構(gòu)應(yīng)用要求。這里指的檢測內(nèi)容有：特性容量、混凝土收縮徐變特性參數(shù)、彈性模量以及鋼絞線的管道摩阻系數(shù)等。

3.4 結(jié)構(gòu)變形控制

在對連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁進(jìn)行設(shè)計(jì)建設(shè)過程中，變形問題控制是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用目標(biāo)的關(guān)鍵，因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)提出測量人員采用主梁截面測量與柱墩壓縮變形測量兩種方式，來優(yōu)化箱梁結(jié)構(gòu)的作用環(huán)境。《J T G D62-2004》第6.5.3條規(guī)定，受彎構(gòu)件在使用階段的撓度按短期荷載效應(yīng)組合并考慮荷載長期效應(yīng)的影響。本橋采用C50混凝土，結(jié)構(gòu)撓度長期增長系數(shù)ηθ＝1.425，消除結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的長期撓度后，主梁的最大撓度不應(yīng)超過計(jì)算跨徑的1/600，見表1。

為保證這兩種測量技術(shù)應(yīng)用的精確性，設(shè)計(jì)人員要設(shè)置變形測量觀測點(diǎn)與控制點(diǎn)，來規(guī)避結(jié)構(gòu)變形問題的出現(xiàn)。值得注意的是，設(shè)計(jì)過程中，觀測點(diǎn)兩側(cè)無需對稱，且設(shè)置在箱梁腹板橋面板位置最為適用。值得注意的是，為了確保結(jié)構(gòu)變形檢測數(shù)據(jù)獲取的準(zhǔn)確有效性，設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員要嚴(yán)格控制梁端高度與觀測鋼筋的拉伸程度。

表1 結(jié)構(gòu)變形控制

3.5 掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為保證連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁施工檢測的準(zhǔn)確性，施工管理控制人員可通過掛籃加載的試驗(yàn)方法來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。相關(guān)研究表明，該試驗(yàn)方法的應(yīng)用還能有效防治掛籃結(jié)構(gòu)作用發(fā)生非彈性變形。具體來說，相關(guān)人員要根據(jù)橋梁工程施工所處的環(huán)境，來確定掛籃加載的試驗(yàn)方法。據(jù)統(tǒng)計(jì)，只要對工程主梁尺寸與掛籃作用力之間的關(guān)系進(jìn)行準(zhǔn)確分析，就能判斷出主梁施工實(shí)際的變形情況和受力情況。對于掛籃懸臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)局部驗(yàn)算結(jié)果，來判斷掛籃設(shè)計(jì)的布局位置。例如，對于箱梁后錨點(diǎn)的設(shè)計(jì)，最好使其上通至箱梁頂板上，這是降低該區(qū)域拉應(yīng)力的有效設(shè)計(jì)內(nèi)容。掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定的安裝順序見圖3。

圖3 連續(xù)箱梁掛籃結(jié)構(gòu)安裝順序示意圖

3.6 預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)

對于主橋箱梁的預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)來說，設(shè)計(jì)人員應(yīng)采用三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其中縱向預(yù)應(yīng)力采用用M15－19、M15－16以及M15－12鋼絞線；豎向預(yù)應(yīng)力確定采用高強(qiáng)精軋螺紋粗鋼筋，即精度要求為32 mm；而頂板橫向預(yù)應(yīng)力則應(yīng)選擇B M15－3鋼絞線。對于頂板、后期跨中底板與邊跨底板縱向預(yù)應(yīng)力采用M15－19鋼束，設(shè)計(jì)布置時，人員要保證鋼束的平彎段與鋼束的豎彎段不在同一區(qū)間完成，遠(yuǎn)離腹板鋼束需較快平彎至腹板內(nèi)側(cè)。這樣一來，結(jié)構(gòu)就能使鋼束易于定位以及為實(shí)際的施工建設(shè)提供便利且。對于平彎鋼束的設(shè)計(jì)，人員要考慮鋼束與錨固截面鋼束的空間位置，以避免錨固位置鋼束的錨固墊板與預(yù)應(yīng)力管道相沖突。此外，腹板內(nèi)彎索僅需要進(jìn)行豎向彎起，腹板彎索摩擦損失較大，預(yù)應(yīng)力效率低。因此，箱梁結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)人員應(yīng)采用M15－16鋼束，且在豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋沿橋軸向每0.5 m布置一根[5]。在此情況下，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作用就能保證與橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋位置不沖突。值得注意的是，由于短鋼筋的預(yù)應(yīng)力損失較大，設(shè)計(jì)人員可在邊跨部分箱梁梁高較小的節(jié)段未進(jìn)行布置。

4 結(jié)語

經(jīng)上述研究過程，連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)如下結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)建設(shè)：

（1）針對連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁作用于大跨度工程，設(shè)計(jì)人員要明確無體系轉(zhuǎn)換、無大型支座以及順橋向抗推剛度小等目標(biāo)要求。

（2）針對連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)人員可采用三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)形式，來提高其作用穩(wěn)定性。

（3）針對工程實(shí)際設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)成橋狀態(tài)與施工成橋狀態(tài)不一致問題，設(shè)計(jì)人員可通過測量以及試驗(yàn)方法，來降低相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)誤差。

[1]張開洪,張奔牛,閆果,等.大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋梁應(yīng)力、撓度和裂縫實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)研究[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2010(4): 521-524,619.

[2]文正高.關(guān)于連續(xù)鋼構(gòu)橋施工控制技術(shù)的探討[J].中國水運(yùn)(下半月),2013(7):257-258.

[3]董香軍,侯宏偉.新型結(jié)構(gòu)形式連續(xù)鋼構(gòu)橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)淺析[J].中外建筑,2014(9):152-154.

[4]王靜.連續(xù)鋼構(gòu)橋成橋荷載試驗(yàn)實(shí)施方案研究[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù),2011(8):93-97.

[5]郭懷俊,施召云.連續(xù)鋼構(gòu)大橋箱梁底板混凝土剝落加固處理[J].云南水力發(fā)電,2015(1):81-83.

U448.23

B

1009-7716（2017）06-0099-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.028

2017-03-08

韓百成（1980-），男，江蘇宿遷人，高級工程師，從事道橋?qū)I(yè)設(shè)計(jì)工作。