連續(xù)剛構(gòu)橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

李曉灑

摘? 要：連續(xù)剛構(gòu)橋是一種重要的橋梁形式，其具有極大的結(jié)構(gòu)剛度，構(gòu)造美觀性更加顯著。但是由于其本身涉及到比較多的結(jié)構(gòu)荷載影響因素，加強(qiáng)其優(yōu)化設(shè)計(jì)顯得尤為重要。文章以連續(xù)剛構(gòu)橋梁為研究對(duì)象，重點(diǎn)對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的受力特性、特色理念與要點(diǎn)進(jìn)行探討，以期可以確保所設(shè)計(jì)連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)橋梁;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);要點(diǎn)

中圖分類號(hào)：U448.23 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）29-0088-02

Abstract： Continuous rigid frame bridge is an important form of bridge， which has great structural rigidity and more beautiful structures. But because it involves many structural load factors， it is very important to strengthen its optimal design.In this paper， the continuous rigid frame bridge is taken as the research object， and the stress characteristics， characteristic concepts and key points of its structural design are discussed in order to ensure the quality of the continuous rigid frame bridge structure.

Keywords： continuous rigid frame bridge; structural design; main points

作為交通運(yùn)輸體系的重要組成部分，橋梁工程建設(shè)關(guān)系民生建設(shè)的成敗。其中連續(xù)剛構(gòu)橋梁是當(dāng)前路橋工程項(xiàng)目建設(shè)中廣泛應(yīng)用的一種橋梁結(jié)構(gòu)形式，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)固性與可靠性具有較高要求。但是如果沒有科學(xué)進(jìn)行設(shè)計(jì)，容易使相應(yīng)橋梁結(jié)構(gòu)因?yàn)橄聯(lián)线^大而形成比較嚴(yán)重的裂縫，進(jìn)而影響其使用的安全性與可靠性。因此，如何科學(xué)、系統(tǒng)地設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)值得深入探討。

1 連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)的受力特征

在現(xiàn)階段道橋工程項(xiàng)目建設(shè)過程中，連續(xù)剛構(gòu)橋梁體系是比較常見的一種結(jié)構(gòu)體系形式，尤其是在跨越河流、山谷等地段的時(shí)候更是得到了廣泛應(yīng)用。在結(jié)構(gòu)體系層面，連續(xù)剛構(gòu)橋梁繼承了剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)（圖1）與連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)（圖2）兩種結(jié)構(gòu)體系橋梁的優(yōu)勢，并且配合自身結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以保證自身的受力達(dá)到最佳的狀態(tài)。相較于上述這兩種橋梁結(jié)構(gòu)形式，連續(xù)剛構(gòu)橋梁的主梁、橋墩等結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)方面也存在一些獨(dú)特的特征，如其主梁跨高、中跨比、箱梁底部線形等都有其自身的一些獨(dú)特特征，如主梁根部跨高比一般控制在15.7～20.6范圍內(nèi)，但是大多數(shù)控制在18左右。相較于同跨、同徑的連續(xù)橋梁結(jié)構(gòu)，連續(xù)剛構(gòu)橋在跨中區(qū)域部位處的正彎矩更小等等。通過對(duì)這些基本結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行設(shè)計(jì)，才能夠更好地對(duì)其受力情況進(jìn)行分析，也才能更好地分析其受力特色。

鑒于連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)體系本身的特殊性，使得其相應(yīng)的受力特征也具有區(qū)別于剛構(gòu)橋與連續(xù)橋梁兩種結(jié)構(gòu)體系橋梁的一些獨(dú)特受力特征與特性，具體表現(xiàn)如下：其一，連續(xù)剛構(gòu)橋梁的墩梁固結(jié)體系主要設(shè)置在主梁與橋墩的結(jié)合部位處，它們?cè)诤爿d作用下會(huì)具有相同的豎向位移與跨中彎矩。如果柱墩結(jié)構(gòu)形式為薄壁柔性墩，那么相應(yīng)墩頂截面部位處的荷載彎矩值要比同跨徑連續(xù)梁橋更小。其二，在墩梁固結(jié)共同工作狀態(tài)下，可以對(duì)跨中部位處的梁高進(jìn)行充分降低，并對(duì)主梁的跨中截面尺寸進(jìn)行減小，這樣可以進(jìn)一步減小其所受的恒載內(nèi)力，同時(shí)也可以對(duì)主橋的跨徑進(jìn)行增大。其三，受力結(jié)合了T型剛構(gòu)橋以及連續(xù)梁橋兩種橋梁結(jié)構(gòu)形式的結(jié)構(gòu)及受力特征，可以在極大程度上對(duì)混凝土的溫度變化、收縮變化以及徐變等變化現(xiàn)象進(jìn)行有效控制，這樣更有利于增強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)受力的合理性。

2 連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特色理念

在連續(xù)剛橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最具特色和鮮明的一個(gè)設(shè)計(jì)理念是“強(qiáng)梁弱墩”設(shè)計(jì)理念，這也是連續(xù)剛構(gòu)橋梁建造與施工中需要重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)特色。通過對(duì)主梁結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行增大，可以顯著增強(qiáng)梁的剛度，這樣有利于提升主橋的實(shí)際跨越能力。而通過設(shè)計(jì)的手段減小主墩的剛度，增加其柔性特性，那么有利于增加墩梁的尺寸與跨徑，這樣更有利于確保所設(shè)計(jì)連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)的整體適宜性。在混凝土收縮聚變作用下以及溫度應(yīng)力與荷載等的共同作用下，可以使連續(xù)剛構(gòu)橋梁的主梁與墩頂部位處形成比較大的轉(zhuǎn)角位移與順橋向水平位移，同時(shí)可以快速增加橋梁墩身的彎矩值與剪力值。針對(duì)這種情況，通過靈活地設(shè)計(jì)抗推力比較小的薄壁墩身方式來對(duì)其結(jié)構(gòu)所承受的內(nèi)力值進(jìn)行降低，取而代之的是轉(zhuǎn)角位移與順橋向水平的自由支座，這樣可以保證連續(xù)剛構(gòu)橋梁在承載力作用下始終保持良好的穩(wěn)定性，且承載力也符合設(shè)計(jì)要求?；谶@種柔性比較強(qiáng)的墩身結(jié)構(gòu)形式來對(duì)橋墩抗推力進(jìn)行降低，這樣可以借助“強(qiáng)梁弱墩”這一設(shè)計(jì)理念來保證整體所設(shè)計(jì)連續(xù)剛橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的成效。

3 連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些要點(diǎn)

3.1 做好結(jié)構(gòu)受力計(jì)算工作

在設(shè)計(jì)連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)期間，為了保證上部結(jié)構(gòu)、主梁結(jié)構(gòu)等各部分結(jié)構(gòu)部件設(shè)計(jì)的質(zhì)量，離不開各種結(jié)構(gòu)受力情況的深入分析。首先需要切實(shí)做好結(jié)構(gòu)受力計(jì)算工作。比如，在當(dāng)前的結(jié)構(gòu)受力計(jì)算當(dāng)中，常常借助有限元模擬計(jì)算軟件，但是這種計(jì)算方式的結(jié)果精度不佳，常常無法滿足后續(xù)的施工要求與規(guī)定，進(jìn)而使得最終的設(shè)計(jì)結(jié)果無法對(duì)箱梁和中跨底板的預(yù)應(yīng)力受力情況進(jìn)行準(zhǔn)確反映，進(jìn)而使得所設(shè)置的預(yù)應(yīng)力鋼束不合理，增加了底板出現(xiàn)變形問題的概率，甚至?xí)箻蛄旱装宄霈F(xiàn)崩裂破壞問題。又或者如果沒有準(zhǔn)確計(jì)算底板所受的橫橋向應(yīng)力，那么同樣容易對(duì)底板上層和下層部位處所設(shè)置的防崩鋼筋或橫向鋼筋的合理性帶來不利影響。因此，必須要切實(shí)做好各種橋梁結(jié)構(gòu)部件的受力計(jì)算和分析工作，如果可以精準(zhǔn)計(jì)算結(jié)構(gòu)的預(yù)拱度，那么可以避免后續(xù)結(jié)構(gòu)施工中出現(xiàn)的多次局部調(diào)整預(yù)拱度的問題。通過準(zhǔn)確進(jìn)行受力計(jì)算與分析，那么保證合攏段兩端高差，管道以及橋面的預(yù)拱度與豎曲線誤差等都滿足規(guī)定要求。

3.2 加強(qiáng)橋梁主梁截面設(shè)計(jì)

主梁是構(gòu)成連續(xù)剛橋梁結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要組成部分，其涉及到截面、跨高、梁高等眾多設(shè)計(jì)參數(shù)，這些都是設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮的設(shè)計(jì)因素。比如，針對(duì)主梁截面設(shè)計(jì)而言，除了可以通過采取增強(qiáng)主梁剛度、柔性墩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與梁墩固結(jié)設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)手段來提高橋梁結(jié)構(gòu)本身的跨越能力之外，還要結(jié)合上述連續(xù)剛橋梁的基本受力特征，將連續(xù)剛橋梁的主梁截面設(shè)計(jì)為變截面形式。首先，鑒于連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)本身具有比較大的跨度，所承受的恒載內(nèi)力也相對(duì)較大，如果可以靈活應(yīng)用變截面形式，那么可以對(duì)跨中部位的恒載內(nèi)力進(jìn)行降低，同時(shí)使主梁的受力曲線分布情況同截面變化形式之間趨于一致，借助這種設(shè)計(jì)方式顯著減少結(jié)構(gòu)混凝土的使用量與恒載自重，節(jié)省設(shè)計(jì)資源，在后續(xù)項(xiàng)目施工環(huán)節(jié)中采用掛籃懸臂施工作業(yè)形式時(shí)可以保證其結(jié)構(gòu)形式更加契合其所受的內(nèi)力狀態(tài)，更有利于確保其整體的設(shè)計(jì)效果。

3.3 橋梁結(jié)構(gòu)其他設(shè)計(jì)要點(diǎn)

除了上述連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)之外，也需要重點(diǎn)做好如下一些設(shè)計(jì)工作：

（1）盡可能地降低剛構(gòu)橋本身的抗推剛度，這樣有利于減少其所受到的溫度內(nèi)力。鑒于連續(xù)剛構(gòu)橋梁本身多采用高橋墩設(shè)計(jì)形式，如果實(shí)際的橋墩主體結(jié)構(gòu)高度不足，那么需要將其替換為柔性樁基，這樣可以保證相應(yīng)的抗推剛度更小。

（2）連續(xù)剛構(gòu)總長度進(jìn)行有效限制。如果設(shè)置過長的剛構(gòu)長度，那么會(huì)形成過大溫度應(yīng)力，為了對(duì)溫度內(nèi)力進(jìn)行縮小，應(yīng)用有機(jī)結(jié)合連續(xù)剛構(gòu)與連續(xù)橋梁所形成的橋梁結(jié)構(gòu)體系，保證可以全面提升其設(shè)計(jì)質(zhì)量。

（3）如果連續(xù)剛構(gòu)橋梁本身具有比較大的跨徑，相應(yīng)的自重也會(huì)比較大，其恒載占比會(huì)接近90%及以上。如果直接采取跨徑或面徑增大的方式，那么實(shí)際的效果不佳，在設(shè)計(jì)過程中對(duì)橋梁造型進(jìn)行更改，配合現(xiàn)代化設(shè)計(jì)技術(shù)、手段與方法應(yīng)用，可以保證所設(shè)計(jì)連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)的合理性，確保其結(jié)構(gòu)的承載力滿足規(guī)定要求。

（4）為了防范船只碰撞，可以采用雙薄壁式橋墩結(jié)構(gòu)形式，利用這種柔性結(jié)構(gòu)形式和防撞設(shè)計(jì)的有效結(jié)合可以更好提升橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體效果。比如，在設(shè)計(jì)剛構(gòu)橋橋墩結(jié)構(gòu)期間，可以專門性增設(shè)分離式、人工剛性等類型的防撞島，以及柔性比較大的防撞設(shè)施，借助這些防護(hù)結(jié)構(gòu)等輔助性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以更好提升其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效果。

4 結(jié)束語

總之，連續(xù)剛構(gòu)橋梁是當(dāng)前大跨度橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最為常用的一種結(jié)構(gòu)形式。在開展連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，需要對(duì)其受力特色和設(shè)計(jì)理念進(jìn)行深刻認(rèn)知的基礎(chǔ)上，做好結(jié)構(gòu)受力計(jì)算工作以及主梁截面等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)工作，這樣才能全面確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果。

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