先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

■羅 強(qiáng)

(山西省交通科學(xué)研究院，太原 030006)

0 引言

簡(jiǎn)支橋梁和連續(xù)橋梁是我國(guó)橋梁工程的兩種主要形式，但是這兩種橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)都非常明顯[1-2]。例如簡(jiǎn)支橋梁整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便進(jìn)行機(jī)械化作業(yè)，但是容易產(chǎn)生裂縫，影響橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；連續(xù)橋梁雖然行車(chē)舒適度好，自重輕，但是造價(jià)昂貴，后期維護(hù)成本高[3-4]。先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)橋梁則綜合了這兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，成為現(xiàn)階段大跨度橋梁設(shè)計(jì)與施工的常用形式[5]。對(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，必須要掌握好先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)橋梁各個(gè)方面的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，這樣才能為后期橋梁高質(zhì)量施工提供參考。

1 先簡(jiǎn)支后連續(xù)橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

首先，先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)橋梁所用的預(yù)應(yīng)力鋼束可以提前在預(yù)制廠完成制作，并按照設(shè)計(jì)要求，完成預(yù)應(yīng)力鋼束相關(guān)性能的檢測(cè)工作，確定符合橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，直接使用，從而簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)施工步驟，加快了施工進(jìn)度；其次，采用先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)的連續(xù)橋梁，具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性和承載力，很少因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)受力不均勻發(fā)生變形問(wèn)題，避免了橋面裂縫或橋頭跳車(chē)等問(wèn)題的發(fā)生；再次，先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)橋梁的大部分構(gòu)件，都是按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)制作，可以支持機(jī)械化施工，從施工單位角度來(lái)說(shuō)，降低了施工難度，提升了經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)；最后，先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)橋梁具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，可以在不同地質(zhì)條件下使用。

2 墩頂濕接頭構(gòu)造設(shè)計(jì)

2.1 單橫梁?jiǎn)沃ё?jiǎn)支結(jié)構(gòu)

在簡(jiǎn)支梁構(gòu)造改進(jìn)基礎(chǔ)上，將新澆鋼筋混凝土墩頂橫梁設(shè)計(jì)為與簡(jiǎn)支梁形成整體，并對(duì)簡(jiǎn)支梁起嵌固作用。構(gòu)造上，墩頂橫梁與簡(jiǎn)支梁同高，以端橫隔板為側(cè)模，這種設(shè)置方式一來(lái)能夠提升墩梁及其關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，二來(lái)也能夠方便后期進(jìn)行墩身混凝土澆筑。設(shè)置由順蓋梁方向的橫梁主要縱向受力鋼筋、簡(jiǎn)支梁縱向受力鋼筋和足夠的箍筋形成的普通鋼筋體系，設(shè)置由上緣縱向抵抗負(fù)彎矩預(yù)應(yīng)力鋼筋下緣縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋形成的預(yù)應(yīng)力體系。

2.2 雙橫梁雙支座簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)

在簡(jiǎn)支梁構(gòu)造改進(jìn)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)強(qiáng)大的端橫梁將多片簡(jiǎn)支梁形成整體。構(gòu)造上，端橫梁高度與簡(jiǎn)支梁同高。設(shè)計(jì)時(shí)，可以將翼板、質(zhì)量以及鋼筋等組成一個(gè)配套的受力體系，提高雙橫梁雙支座結(jié)構(gòu)的抗彎折能力?？紤]到支座可能會(huì)受力出現(xiàn)不均勻下沉情況，設(shè)計(jì)時(shí)還要在制作下緣增加預(yù)應(yīng)力體系。這種設(shè)計(jì)方式有利于提高簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)的承載能力，即便是遇到較強(qiáng)的荷載壓力或地質(zhì)擾動(dòng)，也能夠通過(guò)結(jié)構(gòu)自身輕微變形進(jìn)行緩沖調(diào)整，不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)安全造成破壞性影響，從而達(dá)到了保護(hù)連續(xù)橋梁質(zhì)量安全的目的。

3 支座體系設(shè)計(jì)

先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)橋梁的支座設(shè)計(jì)，目前來(lái)看主要有單支座和雙支座兩種形式，且各有其優(yōu)缺點(diǎn)。例如，單支座結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)論是前期設(shè)計(jì)、施工，還是后期進(jìn)行橋梁維護(hù)，都相對(duì)簡(jiǎn)單。但是單支座結(jié)構(gòu)橋梁不適用于復(fù)雜地質(zhì)，承載力也相對(duì)有限。相反，雙支座結(jié)構(gòu)雖然比較復(fù)雜，但是承載力和穩(wěn)定性更好，適用于大跨度、復(fù)雜地質(zhì)條件下橋梁工程。以雙支座結(jié)構(gòu)為例，保證橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)方法是，在墩頂梁端濕接頭出通過(guò)澆筑混凝土的方式，形成一個(gè)二次預(yù)應(yīng)力，起到保護(hù)橋梁結(jié)構(gòu)安全的效果。

4 連續(xù)橋梁整體設(shè)計(jì)

4.1 跨徑的影響

根據(jù)橋梁跨度的不同，先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)也存在一定差異。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)應(yīng)遵循以下設(shè)計(jì)原則：如果橋梁跨徑在20m以下，且跨數(shù)不超過(guò)5跨，則采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)時(shí)要注意控制好裂縫寬度；對(duì)于橋梁跨徑超過(guò)20m，但是沒(méi)有達(dá)到30m的情況，可以考慮使用簡(jiǎn)支連續(xù)橋，可以減少支座轉(zhuǎn)換和維護(hù)；對(duì)于橋梁跨徑超過(guò)30m，且墩高在12m以上的，應(yīng)當(dāng)使用先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)。

4.2 支承方式設(shè)計(jì)

(1)雙支座簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)。連續(xù)橋梁采用雙支座的支承方式，優(yōu)勢(shì)在于實(shí)現(xiàn)了橋梁主體壓力的分擔(dān)，特別是對(duì)于一些大跨度連續(xù)橋梁，采用雙支座設(shè)計(jì)方式，有效緩解了后期墩臺(tái)不均勻沉降的問(wèn)題，對(duì)于延緩支座疲勞和延長(zhǎng)橋梁使用壽命都起到了積極作用。但是雙支座簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)時(shí)也要注意兩方面的要點(diǎn)：其一是保證兩個(gè)支座的高度、直徑等參數(shù)保持一致，誤差控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍以?xún)?nèi)，提升橋身穩(wěn)定性；其二，在墩頂梁端濕接頭處施加二次預(yù)應(yīng)力，避免支座頻繁轉(zhuǎn)換，維護(hù)橋梁結(jié)構(gòu)受力安全。

(2)單支座簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)。與雙支座簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)相比，單支座的優(yōu)點(diǎn)是避免了橋梁各部分結(jié)構(gòu)受力不均勻，從而導(dǎo)致一側(cè)支座受力過(guò)大而另一側(cè)制作不受力的問(wèn)題。但是單支座簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)對(duì)適用條件有特殊要求，通常情況下在墩頂梁端濕接頭預(yù)應(yīng)力不足的情況下，可以選種單支座簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)時(shí)還要注意單支座水平面上受力的均勻性，以及地基因素導(dǎo)致的支座不均勻沉降問(wèn)題，這些都需要納入設(shè)計(jì)考慮范圍之內(nèi)，從而提升設(shè)計(jì)的科學(xué)性和實(shí)用性。

(3)簡(jiǎn)支梁構(gòu)造改進(jìn)設(shè)計(jì)。先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)是在原先簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)上進(jìn)行優(yōu)化形成的，部分橋梁基于成本考慮，選擇使用簡(jiǎn)支梁構(gòu)造，為了達(dá)到設(shè)計(jì)要求，需要對(duì)現(xiàn)行的簡(jiǎn)支梁構(gòu)造進(jìn)行改進(jìn)。基本的設(shè)計(jì)方案為：首先，將預(yù)制梁、板，嵌入到墩頂現(xiàn)澆衡量上，嵌入尺寸控制在18cm～24cm之間，嵌入長(zhǎng)度不足會(huì)影響后期穩(wěn)定性，前去長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)則會(huì)影響其他構(gòu)造的施工；其次，保證墩頂連續(xù)施工，可以提升橋梁結(jié)構(gòu)的整體性，對(duì)確保受力的科學(xué)性也有一定幫助。

4.3 簡(jiǎn)支連續(xù)橋梁施工流程設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)階段，要理順先簡(jiǎn)支后連續(xù)橋梁的具體施工流程，并且通過(guò)備注形式，將各個(gè)施工流程中的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)標(biāo)注，方便現(xiàn)場(chǎng)施工隊(duì)伍進(jìn)行質(zhì)量管控。先簡(jiǎn)支后連續(xù)橋梁的施工順序?yàn)椋?/p>

(1)完成T梁預(yù)制，并進(jìn)行T梁安裝。安裝是要同時(shí)做好T梁橫隔板的布置，以提高梁板結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性；

(2)完成現(xiàn)澆墩頂濕接頭的布置，進(jìn)行墩梁混凝土澆筑，進(jìn)行澆筑效果檢查，符合標(biāo)準(zhǔn)后張拉預(yù)應(yīng)力鋼束；

(3)繼續(xù)完成T梁翼板和空心板接口澆筑工作，最后施加恒載完成橋梁施工。下表1為T(mén)梁吊裝的重量表。

表1 T梁吊裝重量表

4.4 施工過(guò)程管控設(shè)計(jì)要點(diǎn)

設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合以往工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)橋梁實(shí)際施工中遇到的問(wèn)題，以及問(wèn)題的形成原因，提前通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，做到施工常見(jiàn)問(wèn)題的有效預(yù)防。施工環(huán)節(jié)中的設(shè)計(jì)要求包括：一是T梁預(yù)拱度設(shè)計(jì)，目的是避免后期橋梁使用過(guò)程中出現(xiàn)跨中下?lián)蠁?wèn)題；二是T梁存放時(shí)間的控制，預(yù)制成型的T梁，現(xiàn)場(chǎng)存放時(shí)間一般不得超過(guò)60天，避免存放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)影響使用效果；三是二次預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)間的設(shè)計(jì)，通常選擇在T梁翼板澆筑之前完成張拉。張拉方式和張拉順序也要根據(jù)相關(guān)要求，在設(shè)計(jì)方案中進(jìn)行明確說(shuō)明，下圖1為先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)的相關(guān)類(lèi)型圖示。

圖1 先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型圖

4.5 墩臺(tái)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

墩臺(tái)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)對(duì)連續(xù)橋梁的整體質(zhì)量有直接影響，結(jié)合以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可知，影響墩臺(tái)穩(wěn)定性的因素有多種，例如混凝土自身的收縮、地基的不均勻沉降等等。在進(jìn)行穩(wěn)定性設(shè)計(jì)時(shí)，需要重點(diǎn)做好以下幾方面的工作：首先，根據(jù)地質(zhì)勘查結(jié)果，設(shè)計(jì)地基穩(wěn)定方案，使用強(qiáng)夯法、換填法等，提升地基穩(wěn)定性和承載力；其次，要關(guān)注支座更換引起的墩臺(tái)位移問(wèn)題，確定墩臺(tái)支座位移的最大范圍，如果實(shí)際檢測(cè)結(jié)果表明支座位移超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，則需要采取糾偏措施。

4.6 混凝土澆筑設(shè)計(jì)

連續(xù)橋梁混凝土澆筑施工時(shí)，像梁、板等重要結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)保證一次性澆筑成型，避免分層澆筑出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題。因此，在前期設(shè)計(jì)時(shí)，就需要提前做好結(jié)構(gòu)劃分，并科學(xué)確定混凝土的澆筑厚度。例如，裸梁上現(xiàn)澆混凝土的厚度要控制在7cm～10cm之間，這部分混凝土層的作用是調(diào)平，并不參與主梁受力?；炷翝仓安贿m用鋼筋網(wǎng)，為了提升橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗拉能力，可以使用柔性纖維混凝土代替普通混凝土。

5 結(jié)語(yǔ)

先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到大跨度連續(xù)橋梁中，并且經(jīng)過(guò)大量的工程實(shí)踐，驗(yàn)證了這一結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。為了切實(shí)保證橋梁工程整體質(zhì)量，需要提前做好橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，明確先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)要點(diǎn)和相關(guān)流程。設(shè)計(jì)人員要重點(diǎn)關(guān)注支座體系、支承方式、墩臺(tái)穩(wěn)定性等方面的設(shè)計(jì)工作，并在完成橋梁整體設(shè)計(jì)后進(jìn)行必要的驗(yàn)證和檢測(cè)，確定不存在問(wèn)題后方可指導(dǎo)橋梁施工建設(shè)，從而在保證橋梁安全方面發(fā)揮必要的作用。