梯形螺紋的數(shù)車加工方法改進(jìn)研究

王飛飛

摘要：目前世界各大國(guó)橋梁設(shè)計(jì)水平特別是連續(xù)剛構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)水平均比較高，但各國(guó)在橋梁設(shè)計(jì)理念上卻存在千差萬別。文中主要介紹中、法、美、日四個(gè)國(guó)家在連續(xù)剛構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)過程中，通過邊-中跨比、梁高、合龍段設(shè)計(jì)三個(gè)方面存在差異的對(duì)比，闡述四國(guó)在連續(xù)剛構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)理念上的差異，總結(jié)優(yōu)缺點(diǎn)，為橋梁設(shè)計(jì)工程師提供設(shè)計(jì)思路及建議，少走彎路，爭(zhēng)取中國(guó)早日實(shí)現(xiàn)“橋梁強(qiáng)國(guó)夢(mèng)”。

Abstract： At present， the design level of bridges， especially the continuous rigid frame bridges in the world's major countries is relatively high， but there are many differences in the concept of bridge design in each country. This article mainly introduces the differences in the design of continuous rigid frame bridges in China， France， the United States， and Japan through comparison in side-to-span ratio， beam height， and closure section design， sums up the advantages and disadvantages， to provide design ideas and suggestions for bridge design engineers， and strive for China's early realization of the "Bridge Power Dream".

關(guān)鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)橋;邊-中跨比;梁高;合龍段

Key words： continuous rigid frame bridge;side-to-span ratio;beam height;closure section

中圖分類號(hào)：U448.23? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）04-0134-02

0? 引言

伴隨著我國(guó)現(xiàn)在社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，我國(guó)的交通行業(yè)特別是橋梁設(shè)計(jì)也在快速向前發(fā)展。連續(xù)剛構(gòu)橋是上世紀(jì)50年代發(fā)展起來的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)，隨著建筑材料、施工技術(shù)、計(jì)算手段的發(fā)展與進(jìn)步，施工經(jīng)驗(yàn)和結(jié)構(gòu)分析理論的不斷豐富，預(yù)應(yīng)力橋梁逐漸顯示出其優(yōu)越性，被廣泛應(yīng)用。連續(xù)剛構(gòu)橋梁作為梁橋的一種結(jié)構(gòu)型式，該橋型憑借跨越能力大、受力合理、施工方便、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低、結(jié)構(gòu)美觀等諸多優(yōu)點(diǎn)逐漸得到我國(guó)乃至世界各國(guó)的普遍認(rèn)可，在中大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用上占比較高。連續(xù)剛構(gòu)橋梁是墩梁固結(jié)的連續(xù)梁橋，分主跨為連續(xù)梁的多跨剛構(gòu)橋和多跨連續(xù)剛構(gòu)橋，是在連續(xù)梁橋和T型剛構(gòu)橋的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出來的一種新式梁橋橋型，均采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。

1? 設(shè)計(jì)理念

橋梁的建設(shè)離不開理論設(shè)計(jì)，但受到各種因素的影響，各施工階段的理論設(shè)計(jì)值與實(shí)際施工數(shù)據(jù)存在一定偏差。因此，橋梁工程師應(yīng)當(dāng)在施工過程中，逐步修正理論設(shè)計(jì)值，避免誤差累積越來越大，只有這樣才能使連續(xù)剛構(gòu)橋在設(shè)計(jì)上的優(yōu)勢(shì)充分體現(xiàn)出來。連續(xù)剛構(gòu)橋梁的設(shè)計(jì)理念是建立在以往橋型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上，并不斷創(chuàng)新和改善，逐漸趕上了新時(shí)代的發(fā)展步伐，滿足了社會(huì)的需求。

1.1 邊-中跨比? 連續(xù)剛構(gòu)橋相比連續(xù)梁橋在選擇邊-中跨比方面有更大的自由度。眾所周知，對(duì)于連續(xù)剛構(gòu)橋梁來說，合理的邊-中跨比是橋梁孔跨布置中相當(dāng)重要的參數(shù)。邊-中跨比一般控制在0.5～0.8之間。過小則需要設(shè)置負(fù)反力支座或配重，對(duì)于連續(xù)剛構(gòu)橋梁來說需要采取相應(yīng)的措施來改善主墩受力，一般采取中跨合龍前頂推主梁、改變預(yù)應(yīng)力鋼束張拉順序等措施。

對(duì)于懸臂澆筑的連續(xù)剛構(gòu)橋梁來說，邊跨需要考慮是否搭設(shè)支架現(xiàn)澆，邊跨長(zhǎng)度不宜設(shè)置過長(zhǎng)。從受力角度來看，邊跨過長(zhǎng)，主梁剛度就小了，預(yù)應(yīng)力鋼束的用量就相應(yīng)增加，工程造價(jià)隨之增大。因此，連續(xù)剛構(gòu)橋梁的邊-中跨比一般設(shè)置在0.52～0.6之間，在具體設(shè)計(jì)時(shí)中、法、美、日四國(guó)連續(xù)剛構(gòu)橋梁的邊-中跨比設(shè)計(jì)各不同。

中、法、美、日四國(guó)連續(xù)剛構(gòu)橋梁的邊-中跨比一般設(shè)計(jì)如下：

中國(guó)：11000/21000=0.52;法國(guó)：6465.8/10709=0.60;美國(guó)：70/140=0.5;日本：80.4/150=0.54。

可以看出只有美國(guó)標(biāo)新立異，將連續(xù)剛構(gòu)橋梁的邊-中跨比設(shè)計(jì)為0.5，這樣就不得不在邊跨支座處采取負(fù)反力措施，避免出現(xiàn)支座脫空。但是，采用0.5的邊-中跨比值，對(duì)于施工的便利性僅是可以直接采用掛籃澆筑完成邊跨，不需要再設(shè)置邊跨現(xiàn)澆段，減少施工工序，節(jié)約成本。

因此，在邊-中跨比值這個(gè)問題上，美國(guó)是獨(dú)具一格的。中國(guó)、歐盟中的代表法國(guó)以及日本是處于同一戰(zhàn)線上的。從施工便利性角度綜合考慮，邊-中跨比值控制在0.54～0.58范圍內(nèi)為宜。

1.2 梁高設(shè)計(jì)? 在連續(xù)剛構(gòu)橋梁的設(shè)計(jì)中，主梁一般采用變截面箱形結(jié)構(gòu)，主梁高度的變化是通過梁底曲線來實(shí)現(xiàn)的，通常情況下都采用拋物線的形式，也有采用圓弧線、折線以及懸鏈線等曲線線形。

連續(xù)剛構(gòu)橋梁主梁的正應(yīng)力、剪應(yīng)力和撓度隨著高跨比的增大是不斷減小的?；炷劣昧?、鋼絞線用量、普通鋼筋用量、后期混凝土收縮徐變與主梁高度息息相關(guān)。梁高的設(shè)計(jì)選用必須在受力與經(jīng)濟(jì)上找到平衡點(diǎn)，既受力合理，又使經(jīng)濟(jì)節(jié)約。如表1所示，為中、法、美、日四國(guó)連續(xù)剛構(gòu)橋梁的主跨跨徑、支點(diǎn)及跨中梁高設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)比。

通過表1可以看出，中國(guó)、法國(guó)和日本的支點(diǎn)梁高/主跨均在1/16～1/17之間，而美國(guó)的支點(diǎn)梁高/主跨約為1/20。中國(guó)國(guó)內(nèi)早期經(jīng)驗(yàn)不足時(shí)設(shè)計(jì)的連續(xù)剛構(gòu)橋梁，支點(diǎn)梁高/主跨基本在1/18～1/20范圍之內(nèi)。但是由于連續(xù)剛構(gòu)橋梁梁體腹板斜裂縫、跨中下?lián)线^大等病害不斷出現(xiàn)，而且很嚴(yán)重，在設(shè)計(jì)時(shí)均考慮增加支點(diǎn)處梁高?？缰辛焊咴诤芏鄷r(shí)候還是保留了原有的設(shè)計(jì)習(xí)慣，一般在2m左右徘徊。示例中的這座橋在國(guó)內(nèi)公路行業(yè)屬于頂尖設(shè)計(jì)，獨(dú)樹一幟，讓人高興的是跨中梁高設(shè)計(jì)采用了4m。因此，跨中梁高/主跨的設(shè)計(jì)一般在1/30～1/50之間。

混凝土收縮與應(yīng)力狀態(tài)無關(guān)，但徐變與應(yīng)力狀態(tài)密切相關(guān)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的徐變變形一般只考慮了施工過程中荷載以及恒載的影響，沒有考慮車道荷載和非線性溫度的作用。與此同時(shí)，收縮徐變理論并不完善，尚無準(zhǔn)確理論計(jì)算模式。甚至于國(guó)內(nèi)鐵路有關(guān)規(guī)范都沒有給出混凝土收縮徐變的相關(guān)計(jì)算公式。

跨中梁高與支點(diǎn)梁高的比值，法國(guó)和日本的比較接近0.5，這與我國(guó)國(guó)內(nèi)鐵路連續(xù)梁橋的設(shè)計(jì)理念類似，同時(shí)鐵路連續(xù)梁橋的病害較少，這或許也是其中一個(gè)重要因素，值得深入研究。

我國(guó)國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)的這座橋，跨中梁高采用了4m，但是還是在這幾個(gè)國(guó)家中采用最小的，美國(guó)則被夾在中間，腹背受敵。值得高興的是，在法國(guó)《Prestressed concrete bridges built using the cantilever method-Design guide》一書中給出了梁高的計(jì)算公式。在設(shè)計(jì)過程中可以借鑒書中梁高計(jì)算結(jié)論，并通過實(shí)際施工加以驗(yàn)證，總結(jié)梁高設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，更好地指導(dǎo)實(shí)踐。

1.3 合龍段設(shè)計(jì)? 對(duì)于合龍段設(shè)計(jì)的理念上，中跨合龍的概念各國(guó)均有，這個(gè)是毋庸置疑的。論文示例橋梁中，中法兩國(guó)設(shè)置邊跨合龍段，而美日兩國(guó)沒有設(shè)置邊跨合龍段，但日本也有設(shè)置邊跨合龍段的橋梁。美國(guó)設(shè)計(jì)的剛構(gòu)橋梁邊-中跨比只有0.5，肯定是沒有設(shè)置邊跨合龍段。

連續(xù)剛構(gòu)橋梁體系轉(zhuǎn)換有兩種方式：一是先邊跨合龍后再合龍中跨，簡(jiǎn)稱先邊后中;二是先中跨合龍?jiān)龠吙绾淆垼?jiǎn)稱先中后邊。目前國(guó)內(nèi)連續(xù)剛構(gòu)橋梁合龍方式大多數(shù)采用先邊后中，能夠有效減小結(jié)構(gòu)中的溫度應(yīng)力和易于控制合龍過程中的變形。

有的時(shí)候當(dāng)邊墩（或過渡墩）墩高過高，為了不在邊墩（或過渡墩）設(shè)置現(xiàn)澆支架，也有先合龍中跨，再施工邊跨超長(zhǎng)段，最后邊跨采用托架現(xiàn)澆的方式完成橋梁施工。先中后邊施工，中跨各個(gè)梁段混凝土?xí)驕囟茸饔卯a(chǎn)生應(yīng)力，此時(shí)除中跨合龍段外，其余各梁段混凝土均已達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，并施加了預(yù)應(yīng)力，因而能承受溫度應(yīng)力。中跨合龍段混凝土在未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度前不能承受溫度應(yīng)力，因此必須采取相應(yīng)措施使合龍段不受力，如采取體外支撐、臨時(shí)約束、降溫、添加U型微膨脹劑等，且應(yīng)在合龍段施工中選擇合理的澆筑時(shí)間。

合龍段構(gòu)造措施是體系轉(zhuǎn)換成敗的關(guān)鍵，在設(shè)計(jì)與施工中應(yīng)給與高度重視。首先，合龍段長(zhǎng)度盡可能設(shè)計(jì)短一些，減小合龍段收縮量。然后對(duì)合龍段采用勁性骨架約束鎖定。連續(xù)剛構(gòu)橋跨中合龍段兩側(cè)設(shè)置橫隔板，能夠平衡跨中合龍段徑向力和增強(qiáng)箱梁抗扭剛度，對(duì)合龍段底板非常有利。

2? 結(jié)論

結(jié)合中、法、美、日四國(guó)懸臂現(xiàn)澆施工的連續(xù)剛構(gòu)橋梁的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，得出以下總結(jié)。

采用合理的邊-中跨比，取消邊跨合龍段，但是也不能采用美國(guó)的設(shè)計(jì)方法，主要是避免設(shè)置抵抗負(fù)反力措施。

依然保留邊跨的現(xiàn)澆段，為了在施工時(shí)不采用支架現(xiàn)澆，邊跨不平衡段長(zhǎng)度較短時(shí)可以采用托架施工，類似日本連續(xù)剛構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)理念。如果不平衡段稍長(zhǎng)時(shí)，可以先合龍中跨再用掛籃施工邊墩（或過渡墩）托架所無法承受的梁段。

增加跨中主梁高度，調(diào)整整個(gè)梁體的應(yīng)力狀態(tài)及分布，是解決連續(xù)剛構(gòu)橋梁跨中下?lián)蠂?yán)重等病害的一個(gè)有效措施。

另外，采用空腹式剛構(gòu)、高性能混凝土或UHPC、索輔梁、體外預(yù)應(yīng)力、跨中平束、跨中采用鋼箱梁或組合梁、節(jié)段梁（附加體外預(yù)應(yīng)力鋼束）等設(shè)計(jì)方法也是解決現(xiàn)有連續(xù)剛構(gòu)橋梁混凝土病害的常規(guī)思路。

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