大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)探討

于雷 申瑩瑩

【摘 要】結(jié)合某（70+125+70）m連續(xù)剛構(gòu)橋工程實(shí)例的設(shè)計(jì)，針對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋的主梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造尺寸、斷面形式的選擇及布置預(yù)應(yīng)力鋼束等進(jìn)行了分析研究，可為今后同類橋梁的設(shè)計(jì)提供參考。

【關(guān)鍵詞】連續(xù)剛構(gòu);斷面;預(yù)應(yīng)力束布置;抗裂

【中圖分類號(hào)】U448.23 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2019）07-0055-03

0 引言

連續(xù)剛構(gòu)橋廣泛應(yīng)用于公路工程及市政工程橋梁建設(shè)中，普遍存在梁體開裂、跨中下?lián)系荣|(zhì)量通病，為提高此類橋的設(shè)計(jì)質(zhì)量和使用壽命，本文結(jié)合工程實(shí)例對(duì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行研究探討，并提出一些設(shè)計(jì)方法，可為今后同類橋梁的設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程概況

某連續(xù)剛構(gòu)橋坐落于廣西某縣，主橋全長(zhǎng)265 m，主橋孔徑為（70+125+70）m，邊跨與主跨的跨徑比為0.6。主橋上部結(jié)構(gòu)選用變高混凝土連續(xù)箱梁，分為15個(gè)節(jié)段懸臂澆筑施工;主墩高25 m，選用實(shí)心雙肢薄壁墩，主橋立面布置如圖1所示。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 主梁截面形式的選取

該橋全寬12m，主梁截面的選擇應(yīng)在可以保證截面剛度的前提下減少主梁自重，依據(jù)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及參考同類橋梁，此寬度主梁截面宜選用單箱單室形式。單箱單室截面形式箱梁結(jié)構(gòu)受力明確合理，自重小，利于懸臂掛籃澆筑施工。

2.2 主梁梁高的確定

主梁應(yīng)具有足夠的高度以保證主梁具有良好應(yīng)力性能和可靠的抗剪承載能力，因此主梁梁高不宜過小，跨中處梁高控制在主跨跨度的1/30～1/55范圍內(nèi)為宜，根部梁高控制在主跨跨度的1/16～1/20范圍內(nèi)為宜。

該橋主跨為125 m，不屬于特大跨徑橋梁，故梁高控制參數(shù)宜選用中間值，跨中處梁高取3 m，根部梁高取7.5 m，梁底按1.8次拋物線進(jìn)行變化。

2.3 主梁截面尺寸的確定

依據(jù)結(jié)構(gòu)體系的力學(xué)特點(diǎn)、預(yù)應(yīng)力束設(shè)置、張拉構(gòu)造要求，主梁截面尺寸確定如下。

主梁頂板厚0.28 m，跨中處底板厚0.3 m，根部處底板厚1 m，底板厚度從跨中向根部按1.8次拋物線漸變;腹板厚度不宜過小，跨中0.45 m，根部0.8 m，從跨中向根部通過2個(gè)節(jié)段直線過渡，即0.45 m～0.65 m～0.8 m。詳細(xì)尺寸如圖2所示。

2.4 預(yù)應(yīng)力鋼束布置

主梁采用縱向、橫向及豎向三向預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)來提高主梁的整體受力性能，其中豎向預(yù)應(yīng)力不參與主拉應(yīng)力計(jì)算，只作為安全儲(chǔ)備。

縱向預(yù)應(yīng)力束依據(jù)施工過程可以分成懸臂束和合攏束，懸臂束根據(jù)布置位置分成腹板束及頂板束，合攏束根據(jù)設(shè)置位置分成邊跨頂板束、邊跨底板束、中跨頂板束及中跨底板束。懸臂束中的腹板束選用19-φs15.2鋼絞線，頂板束選用21-φs15.2鋼絞線;合攏束中的邊跨頂板束選用17-φs15.2鋼絞線，邊跨底板束選用17-φs15.2鋼絞線，中跨頂板束選用19-φs15.2鋼絞線，中跨底板束選用20-φs15.2鋼絞線。為增加跨中支點(diǎn)截面處上緣壓應(yīng)力，0#塊處腹板束設(shè)置為4根，其他錨固截面腹板束皆設(shè)置為2根。為減小跨中截面下緣鋼束二次距，中跨底板鋼束布置采用減少長(zhǎng)束、增加短束的布置方法，其中12#塊、13#塊錨固處的底板鋼束為4根，其他錨固截面皆為2根，其立面布置如圖3所示。

橫向預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)置在主梁頂板內(nèi)，一端張拉、一端扎花固定，間距為1m，交錯(cuò)布置，選用3-φs15.2鋼絞線，。

豎向預(yù)應(yīng)力鋼束布置在0#塊橫隔板及主梁腹板內(nèi)，采用5-φs15.2鋼絞線。

3 結(jié)構(gòu)分析計(jì)算

選用MIDAS/CIVIL橋梁計(jì)算軟件建立平面桿系模型對(duì)該橋主橋進(jìn)行計(jì)算，主梁、主墩皆采用梁?jiǎn)卧M。其中，主梁共139個(gè)單元、140個(gè)節(jié)點(diǎn);主墩共20個(gè)單元，24個(gè)節(jié)點(diǎn)。主梁與主墩固結(jié)連接。主要施工步驟：主墩及0#塊施工—主梁掛籃懸臂施工—邊跨支架部分施工—邊跨合攏—中跨合攏—附屬設(shè)施施工—10年運(yùn)營(yíng)期。主橋計(jì)算模型如圖4所示。

3.1 正截面抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算結(jié)果

依據(jù)混凝土橋規(guī)[3]5.1.2條規(guī)定，承載能力極限狀況下對(duì)主梁在進(jìn)行內(nèi)力驗(yàn)算，要求如下：

γ0 S≤R

要求作用效應(yīng)值不大于結(jié)構(gòu)承載力設(shè)計(jì)值。

主梁計(jì)算結(jié)果彎矩包絡(luò)圖如圖5所示。

計(jì)算結(jié)果見表1。

從上述圖表可以得出，承載力設(shè)計(jì)值大于荷載效應(yīng)設(shè)計(jì)值且安全儲(chǔ)備較大，符合規(guī)范要求。

3.2 正截面抗裂驗(yàn)算結(jié)果

主橋按全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件計(jì)算，正截面抗裂驗(yàn)算依據(jù)混凝土橋規(guī)[3]6.3.1條規(guī)定，在作用頻遇組合下分塊澆筑構(gòu)件要求符合：

σst-0.80σpc≤0

在作用頻遇組合下構(gòu)件不應(yīng)有拉應(yīng)力。計(jì)算結(jié)果見表2。

從表2可以看出，邊跨下緣最小壓應(yīng)力為2.14 MPa，中支點(diǎn)處上緣最小壓應(yīng)力為0.76 MPa，中跨下緣最小壓應(yīng)力為1.94 MPa，沒有出現(xiàn)拉應(yīng)力且安全儲(chǔ)備較大，皆符合規(guī)范規(guī)定。

主梁正截面抗裂驗(yàn)算的關(guān)鍵位置為中跨支點(diǎn)截面上緣及中跨跨中截面下緣。上緣應(yīng)力會(huì)在中跨支點(diǎn)位置出現(xiàn)應(yīng)力突變，為控制此處不出現(xiàn)拉應(yīng)力，可以在0#塊增加局部鋼束數(shù)量，即增加0#腹板束或0#頂板束數(shù)量，這樣可以只增加中跨支點(diǎn)截面處的壓應(yīng)力而不改變其他截面處的應(yīng)力。該橋在12#塊和13#塊錨固處的底板鋼束改為4根，其他錨固截面皆為2根，減小中跨跨中截面下緣由鋼束產(chǎn)生的二次距，該截面位置的壓應(yīng)力儲(chǔ)備得到改善，并獲得了良好的結(jié)果。

3.3 斜截面抗裂驗(yàn)算結(jié)果

斜截面抗裂驗(yàn)算依據(jù)混凝土橋規(guī)[3]6.3.1條規(guī)定，在作用頻遇組合下現(xiàn)場(chǎng)澆筑構(gòu)件要求符合：

σtp≤0.40ftk

在作用頻遇組合下構(gòu)件拉應(yīng)力不應(yīng)超過限值。在計(jì)算結(jié)果見表3。

從以表3看出，主梁最大主拉應(yīng)力發(fā)生在跨中支點(diǎn)處，即0.59 MPa<1.096 MPa，符合規(guī)范。

此外，依據(jù)混凝土橋規(guī)[3]規(guī)定，還應(yīng)進(jìn)行抗剪承載力及抗剪截面驗(yàn)算等。截面在考慮了預(yù)應(yīng)力鋼束彎起和箍筋的共同作用效應(yīng)時(shí)，抗剪承載力驗(yàn)算是比較容易計(jì)算通過的，如果個(gè)別位置驗(yàn)算不通過，可考慮調(diào)整預(yù)應(yīng)力束的彎起點(diǎn)位置或增加預(yù)應(yīng)力束數(shù)量的方法來解決。但如果抗剪截面驗(yàn)算不通過，則說明主梁截面選擇不合適，應(yīng)考慮增加主梁截面的腹板寬度、腹板個(gè)數(shù)或加高主梁梁高的方法。

在80～200 m跨度范圍內(nèi)，連續(xù)剛構(gòu)橋是應(yīng)用最多的橋型之一，其結(jié)構(gòu)受力明確可靠、施工快捷、行車舒適、抗震性能強(qiáng)、后期養(yǎng)護(hù)運(yùn)營(yíng)成本低。

本文結(jié)合某橋工程實(shí)例對(duì)大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋的擬定構(gòu)造尺寸、選擇截面形式、布置預(yù)應(yīng)力鋼束等各設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了研究總結(jié)分析，并提出為減小跨中截面下緣鋼束二次距，中跨底板鋼束采用減少長(zhǎng)束、增加短束的布置方法?？梢詾轭愃茦蛄旱脑O(shè)計(jì)提供參考。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]劉釗.橋梁概念設(shè)計(jì)與分析理論（上冊(cè)）[M].北京：人民交通出版社，2010.

[2]JTG D60—2015，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

[3]JTG 3362—2018，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]