预应力混凝土连续刚构桥的设计探讨

尚 羽

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司)

1 预应力混凝土连续钢构桥结构特点

(1)有利于大幅度地减少大型桥梁支座、桥墩的量，从而实现施工成本的进一步降低。(2)连续钢构桥综合了连续桥梁和T 型钢构桥的受力特点，有利于减少混凝土的徐变、收缩以及温度变化问题。(3)与同径同跨度连续桥梁相比较，连续钢构桥的跨中区域正弯矩更小。

预应力混凝土连续钢构桥结构设计难点主要在于:该桥梁型式主要使用悬臂浇筑的施工技术，这就导致后期挠度会大幅度地超过设计预期数值，而一旦桥梁跨中挠度过大，极易导致桥梁顶板裂缝、底板裂缝等现象的出现，不利于桥梁的整体安全性。因此，在进行桥梁设计时，必须要重视其结构的使用性能、耐久性以及安全性问题。

2 实例分析预应力混凝土连续刚构桥的设计

2.1 工程概况

本预应力混凝土连续刚构桥为某高速公路跨越黄河所设，该区域河床宽为600 m，河谷呈U 形谷。桥梁分左右幅，桥面净宽为2 m。设计防洪标准是300 年一遇洪水，地震基本烈度Ⅵ度。

2.2 桥梁结构设计

该桥主桥的上部结构使用的是80 +4 ×150 +80 m 预应力混凝土连续刚构。

(1)上部结构设计

上部结构使用直腹板预应力混凝土箱梁，箱梁为单箱单室断面，采用纵向、竖向以及横向预应力混凝土结构，箱梁顶面、底板横坡和路线横坡相同。箱梁顶宽为13 m，底宽为7 m，悬臂长3 为m。合拢段处箱梁中心高度是3.5 m，顶板的厚度与底板的厚度均为0.3 m;0 号块的中心高度为9 m，顶板的厚度与底板的厚度分别为0.8 m、1.5 m;由悬臂端至0 号块根部箱梁的高度按照变化，底板的厚度按照变化，上式中x 代表的是计算截面与悬臂端的距离。

该桥梁的主梁按照三向预应力进行设计:①纵向预应力使用的是钢绞线型号分别为Фs15.2－ 8、Фs15.2－ 17 以及Фs15.2－25，采用塑料波纹管成孔，两端张拉，锚具为OVM 群锚体系。②横向预应力使用的钢绞线型号为Фs15.2－2，采用镀锌金属波纹管成孔，单端张拉，锚具为BM15－2 扁锚体系。

(2)下部结构设计

该主桥的下部结构设计为双肢实心墩，1～5#主墩的墩高如下所示:1#为103 m、2#为105 m、3#为112 m、4#为115 m、5#为88 m。

对双肢墩不同间距进行计算后，确定主墩的纵向总宽度10 m，横向宽度7 m。1#和5#桥墩顺桥向单肢厚度为2.2 m，2～4#桥墩顺桥向单肢厚度为2.5 m;1～4#墩承台以上50 m内使用变截面，单肢厚度纵桥向从2.2 m 变为5.2 m，横桥向从7 m 变为11 m，墩底布设高为4 m 的整体实心断面。5#墩承台以上45 m 内使用变截面，单肢厚度纵桥向从2.2 m变为5 m，横桥向从7 m 变为10.6 m。此外，为了调整各个主墩的抗推刚度，2～4#墩间布设3 道1 m 高的系梁，1、5#墩间布设1 道1 m 高的系梁。

2.3 结构静力计算分析

(1)构建模型

当前，根据数据调查显示，桥梁的支点梁高和跨度之比应保持在1/16～1/18，本工程设计为1/16.7;跨中梁高通常处于支点梁高的1/5～1/2，本工程设计为1/2.6。总的来说，设计取值具备科学性与合理性。现使用MIDAS/Civil 构建全桥模型计算，桥面板的计算依据单向板与悬臂板进行，特殊部位则是使用空间实体单位进行分析，主梁依据全预应力构件进行设计。如下图2 所示即为全桥模型。

(2)上部结构静力计算

①据计算，本桥主梁的各部位在施工过程中的最大拉应力为σ'cc=0.3 MPa，未达到限制0.7f'tk=1.73 MPa;最大压应力为13.9 MPa，未达到限值0.70f'ck=22.365 MPa，满足要求。②在短期效应组合作用下，主梁的最大主拉应力达到了1.0 MPa，但是依旧未超过限值0.4ftk=1.11 MPa，因此，斜截面的抗裂达到要求。③在标准值组合作用下，主梁的最大压应力达到16.1 MPa，小于限值0.5fck=17.75 MPa，满足规范要求。④在标准值组合作用下，主梁的最大主压应力达到15.5 MPa，未超过限值0.6fck=21.3 MPa，达到要求。⑤挠度长期增长的活载作用下，最大静挠度达到45.2 mm，未超过挠度限值150 000/600=250 mm，达到要求。

(3)主墩计算及截面选择

根据本桥桥址位置现状条件下，桥位河段冰期出现封冻、壅冰的可能性应较小。一般冬季只流凌，每年凌汛期，河段内会有大量的水内冰，冰块冲击桥墩，会对桥墩产生一定的冲撞。设计初期考虑凌汛期冰块的影响，桥墩采用空心薄壁墩，墩身上部采用双薄壁墩，下部1/2 高度截面采用变截面空心墩，设计水位以下部分采用实体段并在桥墩上游一侧设计了分水尖。经计算1#、5#边墩墩底弯矩较大，墩底截面配筋验算通不过。后期除设计水位以下为实体截面，墩身整体调整为变截面双薄壁墩，通过采用双薄壁墩降低了墩身顺桥向厚度，降低了顺桥向墩身刚度，同时也提高了墩身横桥向墩身刚度，从而迅速减小了温度产生的顺桥向墩身荷载效应，对边墩效果更明显。桥墩墩底截面内力结果见表1。

表1 桥墩墩底截面内力

由表1 结果可以看出调整后的双薄壁墩墩底弯矩较之前采用的空心墩降低10%左右，轴力和剪力变化相对较小，由于墩底弯矩为控制桥墩配筋的控制因素，因此选用合适的截面对于刚构边墩的受力影响很大，但是墩身厚度同时受截面应力状态和稳定性的限制，存在一个低限。在实际工程设计中，要通过不同截面形式的桥墩计算进行比较，选取最合适的断面进行设计。

3 结 语

综上所述，因为高速公路极易受到地形地貌、地质条件以及路线高程的限制，同时由于免去了后期支座维护等因素的影响，预应力混凝土连续钢构桥结构在山区高墩桥梁中得到了较为广泛的应用。在进行预应力混凝土连续钢构桥的建设时，必须重视其设计工作，做好结构静力的计算，以确保工程施工安全与运行可靠。

［1］滕宇，戚中洋.预应力混凝土连续刚构桥的设计浅析［J］.黑龙江科技信息，2008，(18):220.

［2］张桃，肖盛燮，陶韬.预应力混凝土连续刚构桥预拱度的设置与控制［J］.交通科技与经济，2012，(4):66－67.

［3］卢焱.预应力混凝土连续刚构桥设计探究［J］.交通标准化，2012，(1):112－114.