大跨连续刚构桥设计探讨

2012-08-15吕卫军

山西建筑 2012年33期

吕卫军杨凯

(陕西省交通规划设计研究院，陕西西安 710068)

0 引言

连续刚构桥由于跨越能力大、技术成熟、施工方便、造价相对较低，故实际中应用较广。无论山区、平原还是大江、大河，只要主墩高度不低，均可以采用连续刚构。我国的西部地区多属山岭重丘区，山高谷深，特别是陕北地区，位于黄土高原，沟壑纵横，这一特殊的地形地貌决定了必将修建更多的高墩大跨连续刚构桥梁。

1 工程概况

沮河特大桥是国家高速公路包头至茂名线(G65)陕西境铜川至黄陵高速公路(铜川新区至何家坊段)在桃渠坡村跨越沮河的一座特大桥梁。

主桥上部为(85+3×160+85)m预应力混凝土连续刚构，下部主墩为薄壁空心墩、分隔墩为空心墩、桩基础;引桥上部为40 m预应力混凝土连续箱梁，下部为空心墩、柱式墩、桩基础;桥台为柱式台、肋板台、桩基础。

2 设计特点

主桥上部结构为(85+3×160+85)m预应力混凝土连续刚构，由一个单箱单室箱形断面组成。箱梁根部高度9.8 m，跨中梁高3.5 m，其间梁高按1.8次抛物线变化。箱梁顶板宽16.65 m，底板宽8.65 m，顶板厚0.32 m，底板厚由跨中0.32 m 按1.8 次抛物线变化至根部1.2 m，腹板厚度分别为0.6 m和0.8 m，0号块范围内箱梁顶板厚0.5 m，底板厚1.4 m，腹板厚1.1 m。

0号块箱梁内设置4道横隔板，跨中设置2道横隔板。桥面横坡采用不同腹板高度予以调整。主桥箱梁除墩顶0号块外，其余各单“T”箱梁均采用挂篮悬臂浇筑法施工，分19对梁段，即5×3.0 m+6×3.5 m+8×4.5 m 进行对称悬臂浇筑。0号块件长12.0 m，中跨合龙段长2.0 m，边孔现浇段长3.85 m，边跨合龙段长2.0 m。主梁采用竖、横、纵向三向预应力体系。

3 设计体会

3.1 结构几何尺寸的确定

梁高和跨径的比值是影响主梁受力状态的主要参数，适当增加梁高，可增加主梁刚度，改善主梁应力状态。跨中梁高宜采用主跨跨径的1/40～1/50，小跨径取大值。根部梁高宜采用主跨跨径的1/16～1/18。所以在设计时一定要保证足够的结构几何尺寸。沮河特大桥跨中梁高为3.5 m，根部梁高为9.8 m，分别为主跨跨径的1/45.7 和1/16.3。

3.2 适当减小边、中跨比

连续刚构桥边跨与中跨比的确定首先取决于全桥的总体布置与自然条件的协调性，在此基础上再考虑梁体内力分布的合理性与施工的方便。连续刚构桥边跨和主跨比多集中在0.52～0.58之间。适当减小边、中跨比可以降低边跨现浇段的剪力，从而减小此段的主拉应力。本桥的边中跨比例经优化后为0.53。

3.3 改善竖向预应力钢筋的布置

以往连续刚构桥竖向预应力的布置在根部区段腹板厚的地方布置2排，在靠近跨中区段腹板窄的地方布置1排。

这种布置方式产生的问题是在腹板比较窄的地方，剪应力比较大，而竖向预应力又只布置1排，使得主拉应力进一步加大。特别是在腹板宽度变化处截面更加突出。

新桥规中规定，考虑到竖向预应力在施工时有难度、质量不能保证，对竖向预应力的效应系数乘以0.6。

因此本桥设计时考虑到竖向预应力可靠性、箱梁抗剪需要，对全桥长度内每侧腹板均布置2排竖向预应力钢筋，同时对竖向预应力的效应系数乘以0.6，使得主拉应力不至于由于施工等因素造成实际值与设计值偏差较大而造成箱梁腹板开裂。

3.4 合龙顺序

边、中跨合龙是控制全桥受力状态及线形的关键工序，合龙工序和工艺必须严格控制，建议设计时给出详细的边、中跨合龙施工流程图及合龙施工流程说明，以便施工者清楚设计者的意图，方便施工。

连续刚构桥边跨现浇段、边跨合龙、中跨合龙应在结构处于稳定变形条件下和平衡状态下进行，其目的是保证结构在施工阶段避免受到不平衡荷载的不利影响。本桥采用的先边跨、再中跨，最后次边跨的顺序进行合龙。

3.5 跨中预拱度的设置

收缩徐变对挠度的影响很大，要想准确的计算比较困难，所以在设计时可以适当增大跨中预拱度值，保证成桥后使用阶段的主桥线型。

预拱度的设置应考虑以下几方面的因素:

1)跨中的预应力度。2)结构、桥面铺装的超方。3)收缩徐变的影响。4)施工质量。

综合以上各种因素的影响，跨中设置合适的预拱度值，且预拱度的设置宜大不宜小。

本桥是在按规范计算预拱度的基础上，再根据以前大跨刚构桥在正常使用情况下产生的下挠值的统计经验给出。其中跨中按160 mm计算，边跨悬臂端按40 mm考虑，其余节点按余弦曲线计算。

3.6 顶推力的施加

连续刚构桥在悬臂施工中受梁段自身重量、挂篮变形、温度变化、混凝土收缩徐变和预应力钢束张拉等因素的影响，会产生较大变形，而且后期营运中混凝土的收缩徐变对其结构力学行为影响较大。由于混凝土的收缩徐变产生的主梁缩短而导致的主墩在运营期间向跨中方向倾斜，这不但影响桥梁美观和行车舒适性，而且还使结构处于不利受力状态。为了让桥梁结构处于合理的受力状态，常常在施工时施加水平顶推力使主墩向两岸顶偏方式来抵消上述不利受力状态，使桥梁在后期运营时达到理想线形和合理的受力状态。顶推量的大小按照收缩徐变完成后的恒载状态下，主墩墩顶位移基本为零的原则确定。实施顶推作业时，以主墩墩顶位移为主，顶推力为辅进行双控。

经过计算，本桥在次中跨合龙时对两个边墩对称施加200 t的水平顶推力以解决上述问题。