多跨曲線連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)與計(jì)算

向 正 松

(四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)勘察設(shè)計(jì)分公司,四川 成都　610041)

0　引言

近些年在橋梁設(shè)計(jì)上，特別是曲線連續(xù)剛構(gòu)設(shè)計(jì)，最常見的就是在山區(qū)道路上由于路線線型的限制，同時(shí)要跨越山溝或者構(gòu)造物才設(shè)計(jì)曲線連續(xù)剛構(gòu)。因此本文針對特殊情況進(jìn)行具體分析，并希望未來多跨曲線連續(xù)剛橋設(shè)計(jì)和計(jì)算更加精準(zhǔn)化。

1　主橋結(jié)構(gòu)及構(gòu)造設(shè)計(jì)

為了更好的闡述多跨曲線連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對某具體橋梁進(jìn)行簡述分析。該大橋是某山區(qū)道路上新建的一座橋梁，主橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，橋位服從路線走線，位于曲線上，橋下跨越河流。對此主要從主梁結(jié)構(gòu)和墩身結(jié)構(gòu)上進(jìn)行分析，來說明多跨曲線連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。

1.1　主梁結(jié)構(gòu)

主梁結(jié)構(gòu)多采用變高度三向預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，梁高從支點(diǎn)到跨中，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式和結(jié)構(gòu)計(jì)算，找出一個(gè)最優(yōu)的多次拋物線作為梁高的變化曲線。上部結(jié)構(gòu)箱梁梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長3 m～5 m，邊跨現(xiàn)澆段一般設(shè)計(jì)成吊架或者墩旁的支架澆筑；標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段設(shè)計(jì)成掛籃懸臂澆筑施工。其次，箱梁在每個(gè)支點(diǎn)處要設(shè)置橫隔板，保證橫隔板與墩身平齊，有利于傳力的過程，每個(gè)梁端的腹板厚度加厚，與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段腹板采用線性變化過渡。各橫隔板均設(shè)置進(jìn)人孔以便施工箱梁縱向預(yù)應(yīng)力束采用高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，塑料波紋管成孔，真空灌漿工藝和后期養(yǎng)護(hù)維修?？紤]后期梁端支座的更換，箱梁端設(shè)計(jì)成牛腿。頂板橫向預(yù)應(yīng)力鋼束錯(cuò)開布置，采用梁頂單端張拉方式。

1.2　墩身結(jié)構(gòu)

墩身結(jié)構(gòu)，為滿足縱橫向剛度要求，主墩多采用的是雙肢薄壁墩和箱型截面薄壁空心墩，其中對于雙肢矩形薄壁墩根據(jù)墩身高度、縱橋厚度和橫橋的寬度進(jìn)行分析，在多跨曲線剛構(gòu)橋主墩沿高度方向設(shè)置一定數(shù)量的系梁，以加強(qiáng)薄壁墩的聯(lián)合受力和結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

1.3　結(jié)構(gòu)分析計(jì)算

針對橋梁結(jié)構(gòu)，從施工階段和運(yùn)營階段兩個(gè)過程采用有限元軟件進(jìn)行縱橫向受力的計(jì)算分析，主墩墩頂與箱梁根部采取剛性連接，邊跨箱梁采用按照實(shí)際支座進(jìn)行模擬。同時(shí)設(shè)計(jì)過程中還要考慮自重、二期恒載、預(yù)應(yīng)力荷載、掛籃、次邊跨合龍頂推力、體系轉(zhuǎn)換和收縮徐變等工況；運(yùn)營階段考慮基礎(chǔ)不均勻沉降，整體升降溫和溫度梯度等荷載。曲線剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)還應(yīng)考慮箱梁內(nèi)外側(cè)腹板剪力滯效應(yīng)，預(yù)應(yīng)力鋼束張拉過程的徑向力。主墩采用群樁基礎(chǔ)，整個(gè)臺底結(jié)構(gòu)樁土之間的相互作用，經(jīng)過計(jì)算得到各個(gè)自由度方向的彈性剛度，設(shè)置彈性約束。設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意防止邊跨支座由于曲線向心力、鋼束徑向力和收縮徐變等原因產(chǎn)生脫空。鑒于曲線剛構(gòu)橋的空間特性，有限元計(jì)算常采用空間梁格法。

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2　連續(xù)剛構(gòu)橋算例分析

某多跨曲線連續(xù)剛構(gòu)橋跨徑布置為(70+3×100+60)m，箱梁為單箱單室斷面，箱梁跨中及邊跨支架現(xiàn)澆段梁高4 m(箱梁高均以腹板外側(cè)為準(zhǔn))，箱梁根部斷面和墩頂0號梁段高為12.5 m。從中跨跨中至箱梁根部，箱高以1.7次拋物線變化。箱梁腹板在墩頂范圍內(nèi)厚100 cm，從箱梁根部至跨中梁段腹板有80 cm,65 cm,50 cm三種厚度，箱梁底板厚除0號梁段為150 cm外，其余梁段底板從箱梁根部截面的130 cm厚以2次拋物線漸變至跨中及邊跨合龍段截面的35 cm厚。主墩設(shè)計(jì)為雙薄壁空心墩，每片墩寬6.7 m，單片墩厚度2.2 m，順橋向兩墩外邊緣之間的距離為5.6 m。

3　主要設(shè)計(jì)技術(shù)措施

3.1　剛構(gòu)墩內(nèi)力調(diào)整措施

對于連續(xù)剛構(gòu)，要考慮混凝土收縮的變化及體系溫差的問題，這樣主要會(huì)引起主梁位移變化，在這個(gè)過程中要是可以通過兩種方法進(jìn)行解決，一是合龍段頂推，這個(gè)主要是根據(jù)一些特殊的情況，例如一些墩高較低的，為了改善受力的狀況，要在頂推力的過程進(jìn)行分級加載，這樣可以確保頂推力的控制指標(biāo)，施加完成后，要張拉合龍段臨時(shí)預(yù)應(yīng)力，這樣對合龍段混凝土提前施加預(yù)壓力，保證澆筑質(zhì)量。二是剛構(gòu)橋主墩溫度內(nèi)力。連續(xù)剛構(gòu)墩梁固結(jié)，是一種超靜定結(jié)構(gòu)，避免防止溫度內(nèi)力過大，就要減少剛構(gòu)橋主墩的抗推剛度，這兩者之間是有著密切關(guān)系的，如果剛度越小，溫度內(nèi)力就越?。粍偠葴囟仍礁?，其內(nèi)力越高。因此，控制主墩的抗推剛度是最有效的方法。

3.2　主梁跨中下?lián)峡刂拼胧?/h3>

主要分為常用的兩種：第一是增加頂板負(fù)彎矩鋼束。一般會(huì)對箱梁曲線的高度進(jìn)行應(yīng)力梯度的變化，在荷載作用下，箱梁根部存在著大小不一的應(yīng)力梯度，在這個(gè)過程需要提高控制措施，要不斷的加強(qiáng)頂板之間的位置，將其距離與平衡應(yīng)力進(jìn)行分析，避免因?yàn)榭缰邢聯(lián)线^程引起不良的影響。第二是采用塑料波紋管和真空輔助壓漿工藝。這個(gè)工藝手段主要是保證施工中的每個(gè)管道的緊密性，防止時(shí)間過長導(dǎo)致腐蝕性，減少后期的預(yù)應(yīng)力損失，這項(xiàng)工藝在特點(diǎn)上操作簡單，便于應(yīng)用，更加降低了施工成本，在控制措施上要保證管道灌漿的密實(shí)度，防止波紋管孔洞對截面的剛度的削弱。

3.3　腹板斜裂縫控制措施

針對已成建的曲線連續(xù)剛構(gòu)橋的檢測結(jié)果來看，多跨曲線連續(xù)剛構(gòu)橋上裂縫多發(fā)生在1/4跨附近，裂縫主要包括結(jié)構(gòu)裂縫和非結(jié)構(gòu)裂縫。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上主梁高度和跨徑的關(guān)系根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算采用多次拋物線變化，合理布置預(yù)應(yīng)力下彎鋼束，有效的減小截面的剪力，從而來提高箱梁斜截面的抗裂、抗剪承載力；最后在控制措施上要對材料選擇和混凝土的配合比進(jìn)行合理的配置，在現(xiàn)場操作上要對養(yǎng)護(hù)、降溫和保溫及其澆搗工作進(jìn)行控制，同時(shí)對腹板波紋管位置進(jìn)行局部加強(qiáng)，防止因?yàn)橥饬τ绊憣?dǎo)致?lián)p失。

4　結(jié)語

通過對多跨曲線連續(xù)剛構(gòu)橋的技術(shù)和計(jì)算進(jìn)行分析，需要在技術(shù)要點(diǎn)上結(jié)合相關(guān)實(shí)例作為參考，把多跨曲線的應(yīng)用和施工過程的技術(shù)重點(diǎn)講解，拋開傳統(tǒng)橋梁技術(shù)的弊端，為現(xiàn)代化發(fā)展帶來有效的革新，經(jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)和橋梁建設(shè)需要多跨曲線技術(shù)的改革，最后，我們要揚(yáng)長避短，不斷的學(xué)習(xí)和完善該技術(shù)，為我國橋梁事業(yè)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。