连续刚构桥箱梁设计要点分析

2017-06-26韩百成

城市道桥与防洪 2017年6期

关键词：刚构桥挂篮主梁

韩百成

（贵州省建筑设计研究院有限责任公司，贵州贵阳550001）

连续刚构桥箱梁设计要点分析

韩百成

（贵州省建筑设计研究院有限责任公司，贵州贵阳550001）

针对目前连续刚构桥箱梁设计过程中存在的问题，以实际案例分析连续刚构桥箱梁结构的设计特点，并提出具体问题的设计要点。结果表明，连续刚构桥箱梁设计效用，要根据工程所处的地质气候条件来进行有效控制。

连续刚构箱梁；挂篮结构；主梁合拢段设计；钢绞线管道摩阻系数

0 引言

连续刚构桥箱梁是作用于大跨径桥梁工程设计建设的结构形式。其实际设计过程不仅要保证结构的无体系转换、无大型支座结构以及顺桥向抗推刚度小等目标，还要注重温度、材料参数指标和挂篮结构的作用效果。基于此，设计建设人员应在明确连续刚构桥箱梁设计特点的前提下，找出具体设计效用控制的方法要点，其目的是为相关建设人员提供一些理论依据。

1 工程概况

平坝东外环连续刚构桥工程位于贵州省安顺市平坝区，是一种将墩身与连续主梁固结而成的桥梁。该桥梁全长约为2.3km，宽28 m,分左右两幅，设计时速为80 km/h，且涉及的桥梁项目总投资高达6亿元，其中主桥为5跨连续刚构55 m+ 3×100 m+55 m=410 m，其建设目标为进一步推进两地基础设施建设，促进地区的互联互通。高架桥梁效果见图1。

图1 高架桥效果图

2 连续刚构桥箱梁设计特点

连续刚构桥是在连续梁桥和T型刚构桥基础上发展起来的大跨径桥梁，其设计效果要具有跨越能力强、伸缩缝设置少、行车舒适性高以及平顺度好等特点。此外，在实际建设使用过程中，施工还要实现无体系转换、无大型支座，顺桥向抗弯、顺桥向抗推刚度小、横桥向抗扭刚度大、充分适应温度环境和地震影响以及混凝土收缩徐变等目标。由于连续刚构桥箱梁结构的设计充分融合了连续梁和T型刚构桥的作用优势，因此其能够适用于地质条件恶劣的建设环境。这里指的地质条件恶劣情况包括：深谷、流域以及急流桥梁建设位置等。然而，近几年，在对高墩、大跨度连续刚构桥进行设计建设的过程中，存在一系列的结构设计和施工管理控制方面的问题缺陷。因此，为避免平坝东外环连续刚构桥工程因结构设计问题出现设计成桥状态与施工成桥状态不一致现象，相关人员应加大箱梁设计要点的研究力度，从而预防桥梁工程因受力不均匀而出现不同程度的病害影响[1]。

3 连续刚构桥箱梁设计要点分析

M id a s C i v i l计算模型见图2。

图2 Midas civil计算模型

3.1 箱梁主要结构设计

就目前来说，连续刚构桥梁的主梁施工大多采搭架现浇的施工方法，这就意味着施工人员在进行实际操作时，要加强对空洞转角位置的处理。此过程，施工人员还要根据工程成桥的设计要求以及具体情况，来实现桥墩弹性压缩量的正对性分析和有效处理。值得注意的是，在对桥梁工程的桥墩墩顶进行施工建设时，要在标高位置上留出预抬值。而且，在浇筑混凝土施工前，要进行预压支架工作，以防止非弹性变形问题的出现[2]。

3.2 主梁合拢段设计

在对连续刚构桥梁的主梁合拢段进行实际设计的过程中，设计人员要充分考虑设计温度与实际施工环境温度的差异。对于不可避免的设计与实际环境温度差异问题，设计人员必须对其进行处理控制，以提高结构设计的作用稳定性。此外，在对主梁单边合拢进行设计时，设计人员还要控制好主梁悬臂配重及其平衡问题。如果发现实际情况与相关标准存在不符问题，设计人员必须对其进行对应的修正与改进。以平坝东外环连续刚构桥工程为例，设计人员在设计实际建设温度时，应考虑工程所在地区的昼夜温差较大给结构稳定性带来的影响，从而提高主梁合拢段建设使用的效果。此外，主梁合拢段设计人员还应考虑到环境可能对骨架作用带来的影响，即可通过计算提出预埋件与钢绞线的张拉要求[3]。

3.3 材料参数确定

连续刚构桥箱梁设计人员要确定材料参数过程中，要根据其与结构内力存在的作用关系作为依据。具体来说，设计人员要对桥梁钢绞线的力学参数以及混凝土材料性能进行检测，以实现设计材料的性能指标满足结构应用要求。这里指的检测内容有：特性容量、混凝土收缩徐变特性参数、弹性模量以及钢绞线的管道摩阻系数等。

3.4 结构变形控制

在对连续刚构桥箱梁进行设计建设过程中，变形问题控制是实现结构设计应用目标的关键，因此，设计人员应提出测量人员采用主梁截面测量与柱墩压缩变形测量两种方式，来优化箱梁结构的作用环境。《J T G D62-2004》第6.5.3条规定，受弯构件在使用阶段的挠度按短期荷载效应组合并考虑荷载长期效应的影响。本桥采用C50混凝土，结构挠度长期增长系数ηθ＝1.425，消除结构自重产生的长期挠度后，主梁的最大挠度不应超过计算跨径的1/600，见表1。

为保证这两种测量技术应用的精确性，设计人员要设置变形测量观测点与控制点，来规避结构变形问题的出现。值得注意的是，设计过程中，观测点两侧无需对称，且设置在箱梁腹板桥面板位置最为适用。值得注意的是，为了确保结构变形检测数据获取的准确有效性，设结构设计人员要严格控制梁端高度与观测钢筋的拉伸程度。

表1 结构变形控制

3.5 挂篮结构设计

为保证连续刚构桥箱梁施工检测的准确性，施工管理控制人员可通过挂篮加载的试验方法来进行实现。相关研究表明，该试验方法的应用还能有效防治挂篮结构作用发生非弹性变形。具体来说，相关人员要根据桥梁工程施工所处的环境，来确定挂篮加载的试验方法。据统计，只要对工程主梁尺寸与挂篮作用力之间的关系进行准确分析，就能判断出主梁施工实际的变形情况和受力情况。对于挂篮悬臂的结构设计，设计人员可根据局部验算结果，来判断挂篮设计的布局位置。例如，对于箱梁后锚点的设计，最好使其上通至箱梁顶板上，这是降低该区域拉应力的有效设计内容。挂篮结构设计确定的安装顺序见图3。

图3 连续箱梁挂篮结构安装顺序示意图

3.6 预应力设计

对于主桥箱梁的预应力设计来说，设计人员应采用三向预应力结构设计。其中纵向预应力采用用M15－19、M15－16以及M15－12钢绞线；竖向预应力确定采用高强精轧螺纹粗钢筋，即精度要求为32 mm；而顶板横向预应力则应选择B M15－3钢绞线。对于顶板、后期跨中底板与边跨底板纵向预应力采用M15－19钢束，设计布置时，人员要保证钢束的平弯段与钢束的竖弯段不在同一区间完成，远离腹板钢束需较快平弯至腹板内侧。这样一来，结构就能使钢束易于定位以及为实际的施工建设提供便利且。对于平弯钢束的设计，人员要考虑钢束与锚固截面钢束的空间位置，以避免锚固位置钢束的锚固垫板与预应力管道相冲突。此外，腹板内弯索仅需要进行竖向弯起，腹板弯索摩擦损失较大，预应力效率低。因此，箱梁结构预应力设计人员应采用M15－16钢束，且在竖向预应力钢筋沿桥轴向每0.5 m布置一根[5]。在此情况下，结构设计作用就能保证与横向预应力钢筋位置不冲突。值得注意的是，由于短钢筋的预应力损失较大，设计人员可在边跨部分箱梁梁高较小的节段未进行布置。