一座懸臂拼裝預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)

衛(wèi)高紅

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030032）

裝配式橋梁采用工廠化構(gòu)件預(yù)制，標(biāo)準(zhǔn)的程序施工，具有工程質(zhì)量易于保證，建造速度快等優(yōu)點(diǎn)，在中小跨徑橋梁的建設(shè)中具有廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展，節(jié)段預(yù)制拼裝箱梁作為裝配式箱梁橋的一種，在中大跨徑橋梁中得到越來越多的應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)預(yù)制節(jié)段拼裝以等截面預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋?yàn)橹鳎兘孛孑^少。

表1 部分國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)施工的大跨徑箱梁節(jié)段預(yù)制拼裝橋

本文以工程實(shí)例介紹一座大跨徑變截面預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁預(yù)制節(jié)段拼裝的設(shè)計(jì)施工要點(diǎn)。

1 工程概況

本橋?yàn)橐蛔p向六車道城市橋梁，行車道兩側(cè)設(shè)置有非機(jī)動(dòng)車道。主橋跨徑布置為（70+125+70）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)。設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

a）剛構(gòu)橋橫向兩幅，采用單箱單室截面，C55混凝土。箱梁高度按二次拋物線變化，跨中3.2 m，主墩中心處7.25 m，主橋箱梁在墩頂0號(hào)塊處設(shè)置兩塊厚度為1.5 m的橫隔板，在邊跨端部設(shè)厚度為1.6 m的橫隔板，中跨跨中設(shè)置厚度為0.3 m的跨中橫隔板。主橋箱梁采用縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力體系。

b）單箱單室箱梁頂板寬16.5 m，底板寬8.0 m，主橋箱梁頂板厚度為0.28 m，底板厚度按二次拋物線，由跨中的0.3 m變化到中支點(diǎn)處的0.9 m；腹板厚度0.5～0.9 m。

c）主橋箱梁采用預(yù)制節(jié)段懸臂拼裝施工，施工時(shí)箱梁除0號(hào)塊、16、16'號(hào)合攏塊及部分邊跨采用現(xiàn)澆外，其余分為15對(duì)梁段，均采用對(duì)稱預(yù)制節(jié)段拼裝施工，預(yù)制節(jié)段箱梁梁段通過梁上剪力鍵和預(yù)應(yīng)力鋼束連接。在0、1號(hào)塊，8、9號(hào)塊間設(shè)置50 cm濕接縫。邊中跨合攏段長(zhǎng)度均為2.0 m。

d）主墩采用鋼筋混凝土雙薄壁墩，單墩墩身厚度為1.5 m，寬8.0 m，墩身順橋向凈距4 m。

圖1 箱梁橫斷面（單位：cm）

2 密齒型剪力鍵設(shè)計(jì)

相鄰箱梁間設(shè)置剪力鍵作用是傳遞剪力、節(jié)段限位匹配，一般采用矩形、密鍵布置。根據(jù)國(guó)內(nèi)外工程經(jīng)驗(yàn)，密齒型剪力鍵可以均勻、有效地在接縫間傳遞剪力，接縫形式更為安全、簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)。由于在接縫間沒有普通鋼筋穿過，接縫抗彎能力完全依賴于穿過接縫的預(yù)應(yīng)力鋼束。預(yù)應(yīng)力鋼束具有較大的極限應(yīng)力和通過精確計(jì)算配置足夠鋼束后，預(yù)制節(jié)段施工的橋梁在力學(xué)性能上和現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)區(qū)別不大。

密齒剪力鍵一般設(shè)在箱梁底板、腹板、頂板及懸臂翼緣板上。箱梁主要依靠腹板承擔(dān)總體荷載的剪力作用，故剪力鍵在腹板區(qū)域滿布，并隨著往支點(diǎn)梁高增大而增加；頂板、翼緣板剪力鍵主要承擔(dān)車輛荷載傳遞的剪力，并起對(duì)接定位作用；底板剪力鍵主要起定位匹配的作用。

圖2 剪力鍵大樣（單位：cm）

本橋剪力鍵厚度采用5 cm，在腹板全高范圍內(nèi)設(shè)置，頂、底、翼緣板布置部分區(qū)域。本橋剪力鍵厚度與平均高度比為1∶2，傾斜角采用45°，具體尺寸見圖2。

3 接縫設(shè)計(jì)

預(yù)制變截面箱梁懸臂節(jié)段的拼裝依靠預(yù)應(yīng)力鋼束和節(jié)段間剪力鍵作用成為整體。拼裝節(jié)段相互之間的接縫形式有如下幾種形式：混凝土現(xiàn)澆濕接縫、環(huán)氧樹脂接縫、水泥砂漿接縫、干接縫，也可以幾種接縫形式配合使用。

2.男子及男童貧民院-TI Erh Chiu Chi Yuan（Chien Fu Ssu, 安定門內(nèi)）

本項(xiàng)目環(huán)境類別為Ⅲ類，為保證體內(nèi)束耐久性，本橋懸拼接縫采用環(huán)氧樹脂涂裝連接，施工時(shí)保證接縫間壓應(yīng)力不小于0.3 MPa。環(huán)氧樹脂接縫施工期間應(yīng)張拉臨時(shí)預(yù)應(yīng)力筋，保證縫隙間壓應(yīng)力至環(huán)氧固化為止，再?gòu)埨鄳?yīng)永久預(yù)應(yīng)力懸拼鋼束并灌漿。

1號(hào)梁段是緊鄰0號(hào)塊的第一個(gè)節(jié)段，也是懸拼的基準(zhǔn)梁段，現(xiàn)澆段0號(hào)塊與預(yù)制段1號(hào)塊采用50 cm混凝土現(xiàn)澆濕接縫，以便于1號(hào)懸拼基準(zhǔn)塊定位。由于本橋跨徑較大，在8、9號(hào)塊之間也設(shè)置50 cm現(xiàn)澆濕接縫，作用是調(diào)整懸拼過程中累積的中線和標(biāo)高偏差。現(xiàn)澆濕接縫間設(shè)置普通鋼筋進(jìn)行連接。階段拼裝接縫布置見圖3。

圖3 節(jié)段拼裝接縫布置圖（單位：cm）

4 預(yù)應(yīng)力體系

結(jié)合大跨徑變截面箱梁特點(diǎn)及施工要求，為達(dá)到全預(yù)應(yīng)力體系需配置較多鋼束。由于箱梁截面變高度，如果配置體外束過多，需要很多轉(zhuǎn)向塊，增加自重且施工困難?；谏鲜隹紤]，本橋采用體內(nèi)、體外混合配束的方式，以體內(nèi)束為主要配置，體外束作為安全儲(chǔ)備。體外預(yù)應(yīng)力鋼束轉(zhuǎn)向構(gòu)造采用了橫梁式。

本橋主梁采用三向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，縱向按全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計(jì)，橫向按部分預(yù)應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件設(shè)計(jì)。體內(nèi)縱、橫向預(yù)應(yīng)力采用Φs15.2的鋼鉸線束，豎向預(yù)應(yīng)力采用JL32高強(qiáng)精軋螺紋粗鋼筋；體外束采用21Φs15.2的成品鋼束，橫向布置兩束，中、邊跨均錨固橫隔板上。體外束布置見圖4。

圖4 體外束布置示意圖（單位：cm）

5 結(jié)構(gòu)分析

懸臂拼裝節(jié)段預(yù)制結(jié)構(gòu)，由于接縫間通過混凝土剪力鍵及環(huán)氧樹脂連接，節(jié)段間沒有設(shè)置普通鋼筋，接縫處工作性能與懸澆梁存在一定的區(qū)別。本橋在結(jié)構(gòu)計(jì)算分析中，對(duì)接縫強(qiáng)度進(jìn)行了折減，正截面抗彎折減系數(shù)采用0.95，斜截面抗剪折減系數(shù)采用0.85[1]。經(jīng)計(jì)算，支點(diǎn)處最大彎矩1 081 330 kN·m，抗力1 550 584 kN·m；跨中最大彎矩221 562 kN·m，抗力247 260 kN·m；支點(diǎn)處最大剪力40 446 kN，抗力62 623 kN，均滿足要求。本橋的正截面抗彎承載力和抗剪承載力包絡(luò)圖分別見圖5和圖6。

圖5 正截面抗彎承載能力包絡(luò)圖（單位：kN）

圖6 斜截面抗剪承載能力包絡(luò)圖（單位：kN）

根據(jù)接縫截面豎向力的平衡條件，同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)、構(gòu)件材料、接縫上壓應(yīng)力后，環(huán)氧膠接縫正截面抗剪承載力應(yīng)滿足式（1）：

表2 主要截面正截面抗剪承載力

6 主要施工方法

6.1 節(jié)段制作方法

構(gòu)件節(jié)段的預(yù)制方法主要有長(zhǎng)線臺(tái)座法及短線臺(tái)座法。對(duì)于變截面連續(xù)箱梁，每個(gè)節(jié)段尺寸不一致，采用短線法雖然場(chǎng)地小，但是復(fù)雜的幾何尺寸控制難度較大，會(huì)造成累計(jì)偏差。借鑒國(guó)內(nèi)外變截面梁的節(jié)段預(yù)制經(jīng)驗(yàn)，從保證工程質(zhì)量和便于線形控制角度出發(fā)，本橋采用長(zhǎng)線法預(yù)制，最大預(yù)制重量約190 t。

6.2 節(jié)段懸臂拼裝

支架上現(xiàn)澆主墩及0號(hào)塊，在懸拼過程中,當(dāng)把1號(hào)梁段的中線、高程調(diào)到符合設(shè)計(jì)要求后,進(jìn)行0、1號(hào)塊臨時(shí)固定，焊接鋼筋，澆筑50 cm濕接縫。8、9號(hào)塊間也采用50 cm濕接縫連接，其余節(jié)段采用膠接縫懸拼施工方法，直到節(jié)段懸臂拼裝到最大懸臂狀態(tài)，掛籃現(xiàn)澆合攏。

圖7 節(jié)段懸臂拼裝施工示意圖

節(jié)段懸臂拼裝施工前應(yīng)進(jìn)行試拼和調(diào)整，保證預(yù)制節(jié)段的相互匹配，同時(shí)應(yīng)對(duì)節(jié)段拼縫黏結(jié)劑的涂抹、對(duì)孔道口的防護(hù)措施和臨時(shí)預(yù)應(yīng)力的施加給予足夠重視。本橋要求節(jié)段臨時(shí)預(yù)應(yīng)力施加應(yīng)滿足混凝土壓應(yīng)力不小于0.3 MPa，且應(yīng)在黏結(jié)劑失去和易性之前完成。預(yù)制節(jié)段的拼裝按表3[2]要求的精度控制。

表3 節(jié)段懸臂拼裝箱梁施工中竣工節(jié)段的允許偏差