預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)探討

　　摘要:在大跨徑橋型方案比選中，連續(xù)梁橋型仍具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。本文以橋梁工程施工圖設(shè)計(jì)為依據(jù)，著重介紹了大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，對(duì)跨中撓度、腹板主拉應(yīng)力、跨中下緣拉應(yīng)力采用了新的設(shè)計(jì)理念，提出了相應(yīng)的控制方法，以供設(shè)計(jì)人員參考。

　　關(guān)健詞:大跨徑；連續(xù)梁橋；預(yù)應(yīng)力；設(shè)計(jì)；　　

　　1工程簡(jiǎn)介

　　為加快地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)，拓展城市空間布局，各地政府修建了許多跨河橋梁，現(xiàn)就某路進(jìn)行拓寬建設(shè)中的橋梁設(shè)計(jì)進(jìn)行探討�；�于通航凈空、造價(jià)及施工工期等因素的影響，主橋擬采用大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，引橋擬采用預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁。主橋橋型布置見圖1所示�！�

　　圖1橋型布置圖

　　該橋主橋主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn):橋面寬度:0.5m+15m+0.5m；設(shè)計(jì)荷載:城市-A級(jí)；設(shè)計(jì)車速:80km/h；通航凈空:航道標(biāo)準(zhǔn)為Ⅲ級(jí)，最高通航水位73.00m，通航凈空不小于70m×7m；溫度荷載:箱梁體系溫度-10～45℃，合攏溫度15℃。

　　2總體設(shè)計(jì)

　　主橋方案從技術(shù)先進(jìn)性、施工方便性、經(jīng)濟(jì)合理性、環(huán)境景觀協(xié)調(diào)性等方面考慮，選定了大跨徑變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁方案，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋以結(jié)構(gòu)受力性能好、變形小、伸縮縫少、行車平順舒適、造型簡(jiǎn)潔美觀、養(yǎng)護(hù)工程量小、抗震能力強(qiáng)等而成為最富有競(jìng)爭(zhēng)力的主要橋型之一，該橋跨徑布置為45m+80m+45m，箱梁頂寬16m，底寬8m，為單箱單室截面。根部梁高4.5m，跨中梁高2m，箱梁梁高、底板厚度均按照二次拋物線變化，既滿足了結(jié)構(gòu)受力需要，又使得梁體線形顯得勻稱流暢。

　　3連續(xù)箱梁設(shè)計(jì)

　　3.1尺寸擬定

　　本著安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用的原則，考慮結(jié)構(gòu)受力要求、預(yù)應(yīng)力鋼束布置、施工技術(shù)水平等因素，主梁結(jié)構(gòu)尺寸擬定如下:

　　主橋橫斷面采用單箱單室箱形截面，根部梁高為4.5m，高跨比為1/17.8；跨中梁高2.0m，高跨比為1/40.0。箱梁頂板寬16.0m，底板寬8.0m,翼緣板懸臂長(zhǎng)4.0m。箱梁高度從距墩中心1.75m處到跨中合攏段處按二次拋物線變化，除墩頂。號(hào)塊設(shè)一個(gè)厚350cm的橫隔板及邊跨端部設(shè)厚150cm的橫隔板外，其余部位均不設(shè)橫隔板。0號(hào)塊兩側(cè)距墩中心1.75～3.75m，箱梁頂板厚度由0.28m變化至0.70m，底板厚度由0.7m變化至1.50m；距墩中心3.75m外頂板厚度均為。.28m，底板厚度從0.70m至0.30m按二次拋物線變化。腹板厚度在5號(hào)塊以前為0.90m,6號(hào)塊以后為0.50m,5～6號(hào)塊由0.90m按直線變化至0.50m。橫坡2%，橫坡由腹板高度調(diào)整。0號(hào)塊構(gòu)造、箱梁截面尺寸見圖2、圖3所示�！　�

　　圖20號(hào)塊構(gòu)造　

　　圖3箱梁截面尺寸　　

　　主橋連續(xù)箱梁擬采用掛籃懸臂現(xiàn)澆法施工。各單“T”箱梁除0、1號(hào)塊外分為10對(duì)梁段，箱梁縱向分段長(zhǎng)度為(4×3.5+5×4.0)m。0、1號(hào)塊總長(zhǎng)10m，中跨、邊跨合攏段長(zhǎng)度均為2.0m。邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)度為4.0m。

　　3.2預(yù)應(yīng)力體系

　　本橋箱梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系�？v向、橫向預(yù)應(yīng)力鋼束采用φs15.24鋼絞線束，錨下控制應(yīng)力σcon=0.73fpk，塑料波紋管成孔，孔道壓漿采用真空輔助壓漿工藝。豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋采用JL32精軋螺紋粗鋼筋。

　　本橋縱向預(yù)應(yīng)力采用19φs15.24、21φs15.24鋼束，群錨錨固體系�？v向預(yù)應(yīng)力在箱梁根部附近4個(gè)梁段內(nèi)布設(shè)腹板下彎鋼束，其余梁段布設(shè)頂板束和底板束。主橋箱梁橫向預(yù)應(yīng)力采用4φs15.24鋼鉸線，15-4型扁錨，以75cm的間距布設(shè)，單端張拉，交替錨固。豎向預(yù)應(yīng)力采用兒32精軋螺紋粗鋼筋，設(shè)計(jì)張拉噸位為560kN，以50cm等間距布置，在近支點(diǎn)18.5m范圍內(nèi)每側(cè)腹板按雙肢配置，其余梁段按單肢配置，為方便施工豎向預(yù)應(yīng)力可兼做懸臂施工時(shí)掛籃的后錨點(diǎn)，掛籃前移后，對(duì)豎向預(yù)應(yīng)力粗鋼筋進(jìn)行補(bǔ)拉并封錨。

　　3.3溫度模式

　　根據(jù)橋址區(qū)的氣象條件，本橋采用整體升溫30℃、整體降溫25℃，頂板升溫25℃與6.7℃的梯度溫度和頂板降溫-15℃和-3.5℃的梯度溫度4種溫度模式計(jì)算。

　　3.4橫向分析

　　考慮箱梁受力的不利影響，截取1m長(zhǎng)度的跨中箱梁梁段，分別采用框架結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)支板考慮固端影響兩種模式進(jìn)行分析計(jì)算，擇其大者控制截面設(shè)計(jì)。

　　橫向分析主要考慮結(jié)構(gòu)自重、底板預(yù)應(yīng)力束在跨中產(chǎn)生的豎向分力，車輛、車道荷載按照規(guī)范規(guī)定的分布長(zhǎng)度換算出1m長(zhǎng)度內(nèi)的荷載值后，以各控制點(diǎn)出現(xiàn)最不利內(nèi)力為原則進(jìn)行橫向布置。

　　3.5懸臂施工預(yù)拱度計(jì)算

　　本橋上部采用懸臂澆筑法，雙“T”同時(shí)施工，先合龍邊跨，后合龍跨中。預(yù)拱度計(jì)算是結(jié)合懸臂施工模擬計(jì)算的，計(jì)算得到的撓度曲線最大值為6.4cm,設(shè)置預(yù)拱度曲線最大值為4cm，對(duì)跨中額外多考慮4cm的富余量，共計(jì)8cm。

　　4結(jié)構(gòu)靜力分析結(jié)果

　　本橋上部結(jié)構(gòu)靜力分析采用《MIDASCivil/2006》(V7.2.0ReleaseNo.2)和《橋梁博士》(V3.10)兩套程序進(jìn)行計(jì)算與校核，兩個(gè)程序計(jì)算結(jié)果非常接近。程序按規(guī)范規(guī)定對(duì)施工階段、使用階段的結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度、應(yīng)力、應(yīng)變進(jìn)行驗(yàn)算。共分40個(gè)施工階段和一個(gè)使用階段。施工階段劃分根據(jù)施工進(jìn)度和施工順序安排，對(duì)單“T”結(jié)構(gòu)進(jìn)行了多種工況的驗(yàn)算，并以此控制臨時(shí)固結(jié)所需的預(yù)應(yīng)力鋼筋及臨時(shí)支承。整個(gè)計(jì)算綜合考慮了恒載、活載、預(yù)應(yīng)力荷載、混凝土收縮徐變、支座不均勻沉降、溫度荷載等作用的組合。

　　計(jì)算結(jié)果表明，在各控制設(shè)計(jì)工況下截面應(yīng)力分布較為均勻，箱梁頂、底板均未出現(xiàn)拉應(yīng)力并有一定的壓應(yīng)力儲(chǔ)備�？紤]30%的豎向預(yù)應(yīng)力后，箱梁截面最大主拉應(yīng)力值控制在0.5MPa以內(nèi)。使用階段正應(yīng)力見表1-表3，使用階段主應(yīng)力見表4，表中數(shù)據(jù)表明結(jié)構(gòu)滿足全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件要求。

　　表1長(zhǎng)期效應(yīng)組合下結(jié)構(gòu)正應(yīng)力值MPa

　　表2短期效應(yīng)組合下結(jié)構(gòu)正應(yīng)力值MPa

　　表4短期效應(yīng)組合下結(jié)構(gòu)主應(yīng)力值MPa

　　5設(shè)計(jì)特點(diǎn)

　　5.1新規(guī)范、新材料、新工藝的采用

　　該橋主橋是結(jié)合新規(guī)范、新材料(采用塑料波紋管作為預(yù)應(yīng)力鋼束孔道)、新工藝(采用真空輔助壓漿工藝進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼束孔道壓漿)而設(shè)計(jì)的。

　　5.2新的設(shè)計(jì)理念

　　5.2.1結(jié)構(gòu)尺寸控制。為提高梁體的抗剪能力，改善主梁應(yīng)力狀態(tài)，箱梁應(yīng)有足夠的結(jié)構(gòu)尺寸。根部箱梁高度應(yīng)控制在主跨跨度的1/16-1/18，本設(shè)計(jì)采用1/17.8；箱梁腹板最小厚度不宜小于40cm，本設(shè)計(jì)采用50-90cm；箱梁腹板與頂?shù)装彘g承托最小邊長(zhǎng)應(yīng)大于50cm，本設(shè)計(jì)采用60cm。

　　本設(shè)計(jì)對(duì)箱梁。號(hào)塊亦有足夠的重視，設(shè)計(jì)分析了多種工況下。號(hào)塊的應(yīng)力分布狀態(tài)，通過消除局部應(yīng)力集中和在拉應(yīng)力區(qū)布設(shè)足夠數(shù)量的普通鋼筋等措施來改善0號(hào)塊局部受力，減少其裂縫的產(chǎn)生。

　　5.2.2預(yù)應(yīng)力體系設(shè)計(jì)。大量實(shí)例揭示了連續(xù)梁橋出現(xiàn)問題往往不是理論計(jì)算不到位，而是構(gòu)造上和施工等原因造成的。本橋在縱向預(yù)應(yīng)力體系設(shè)計(jì)中，避免了超長(zhǎng)束配筋方式的使用，按真空壓漿工藝的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，配置了適當(dāng)?shù)目v向腹板彎束和豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋，以改善箱梁腹板的主拉應(yīng)力狀況，從而避免腹板開裂問題。在豎向預(yù)應(yīng)力的考慮上，按其有效作用折減70%后計(jì)入理論計(jì)算。設(shè)計(jì)中設(shè)置了備用預(yù)應(yīng)力孔道以便有必要時(shí)在使用階段增加梁體內(nèi)的有效預(yù)應(yīng)力。

　　5.2.3應(yīng)力和變形控制。20世紀(jì)90年代以來我國(guó)修建的許多大跨徑連續(xù)梁在通車3年后跨中仍然持續(xù)下?lián)�，部分橋下�(lián)蠒r(shí)間長(zhǎng)達(dá)10年仍未穩(wěn)定，充分暴露了設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)混凝土收縮徐變影響的長(zhǎng)期性估計(jì)不足、溫度荷載考慮不周、預(yù)應(yīng)力施工時(shí)對(duì)混凝土強(qiáng)度與彈性模量控制不嚴(yán)格等問題。

　　本橋的應(yīng)力和變形計(jì)算充分考慮了溫度和混凝土徐變的影響，以多種溫度模式對(duì)溫度影響進(jìn)行計(jì)算，混凝土收縮徐變影響的計(jì)算時(shí)間，自合龍成橋后，不少于10年。成橋預(yù)拱度計(jì)入了混凝土收縮徐變的影響，預(yù)拱度值不小于恒載作用產(chǎn)生的豎向撓度、1/2活載作用產(chǎn)生的豎向撓度及額外附加撓度之和，并擬合成平順曲線。預(yù)應(yīng)力張拉施工時(shí)實(shí)行強(qiáng)度與彈性模量90%雙控。

　　本橋預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋按照全預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計(jì)，正截面的最大壓應(yīng)力不大于規(guī)范規(guī)定限值的0.8倍，最小壓應(yīng)力儲(chǔ)備不小于1.0MPa；箱梁腹板的最大主壓應(yīng)力和主拉應(yīng)力不大于規(guī)范規(guī)定限值的0.8倍。

　　6結(jié)束語

　　根據(jù)上述設(shè)計(jì)方案，連續(xù)梁結(jié)構(gòu)體系具有結(jié)構(gòu)剛度好、養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)單、施工工藝成熟、外形優(yōu)美等特點(diǎn)，在40-150m跨徑范圍內(nèi)具有較大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。本橋設(shè)計(jì)充分考慮了技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、適用耐久、經(jīng)濟(jì)合理的橋梁設(shè)計(jì)原則，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益�！�

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