V墩连续刚构梁桥的设计与施工难点探析

2017-11-15陈为高

黑龙江交通科技 2017年9期

关键词：刚构桥墩柱跨径

陈为高

(湖南省公路设计有限公司重庆分公司，重庆 400060)

V墩连续刚构梁桥的设计与施工难点探析

陈为高

(湖南省公路设计有限公司重庆分公司，重庆 400060)

总结了V墩连续刚构梁桥的结构特点，总结了其结构优势和存在难点。分析了V墩连续刚构桥的设计要点和关键设计参数的取用原则，同时探讨了V墩刚构桥施工中的V型墩施工和合拢施工两个关键难题，给出了相关施工与监控建议。

V墩；连续刚构桥；合拢；设计要点；施工难点

1 前言

V墩连续刚构桥在我国近年受到设计者的广泛青睐，有诸多型式优美、构造轻盈的V型连续刚构桥梁建设于城市及山区环境中。连续刚构桥在继承连续梁桥上部结构受力特点的基础下，通过墩梁固结的方式，利用墩柱结构释放墩顶负弯矩，从而利用墩柱的柔性实现更好的受力，因此连续刚构桥梁具有比连续梁桥更大的跨越优势。V型墩连续刚构桥梁则进一步减少了主跨跨径，同时消弱墩顶负弯矩峰值，一定程度上，具有受力合理、构造轻盈、外形美观等优势，因此得到大量应用。

V墩连续刚构桥相比于薄壁墩连续刚构桥具有可比性的经济造价，且能够降低墩柱内力的分配。随着我国桥梁建设的大发展，各种不同的桥梁型式都在尝试设计应用，随着景观设计越来越受到重视，V墩连续刚构桥梁将会得到更加广阔的发展。论文详细介绍V墩连续刚构桥梁的结构特点，从而总结其设计要点和施工难点，并提出相关应对措施和解决方法，以期推进V墩连续刚构桥在我国的设计应用。

2 V墩连续刚构桥结构特点

(1) V型墩缩短了桥梁主跨，降低主跨正弯矩，从而降低主梁梁高，节省材料。与竖直墩的连续刚构桥或者连续梁桥相比，有效减弱了主梁中墩顶部区段的负弯矩峰值，同时降低了墩柱的弯矩受力。墩柱的受力以承受轴向压力为最优，V型墩则通过将弯矩最大程度转换为轴力，改善了墩柱受力性能。

(2) V墩连续刚构主梁高度的降低，可以有效降低桥面标高，从而有利于桥头引道纵坡缓和，有利于城市道路非机动车辆及行人的使用，同时较低的结构建筑高度也可以非常有效地减少桥头引道的工程规模。

(3) 从结构景观上，V墩型式结构轻盈，线条优美，桥型刚劲有力又不失柔美，对于景观要求高的城市桥梁选型提供了一个较好的比选桥型方案。

(4) V型墩连续刚构桥适合分段预制吊装，也适合挂篮悬臂施工，可选的施工方法较多，且由于其本身的墩梁固结特点，在悬臂挂篮施工中不需进行体系转换，简化施工工艺，使得结构受力更加明确，施工简便。

3 V墩连续刚构桥设计要点分析

3.1 设计要点

V型墩连续刚构桥主梁一般采用变高箱梁截面型式，对于跨径较小的V墩连续刚构，可以采用等截面主梁。此时一般将主跨段和V墩段采取分开预制，现场吊装安装后再将主梁结构在V墩节点处进行连接，这种结构型式虽然外形是V墩刚构桥，但结构受力是连续梁桥的模式，因此并不是真正意义上的V墩连续刚构桥。

因此，对于跨径较大的V型墩连续刚构桥基本采用悬臂浇筑施工工艺，主梁采用变截面型式以适应更大的跨越要求。主梁一般采用整体箱梁结构型式，配合纵向、横向、竖向的三向预应力形成主梁结构体系。由于主要采用悬臂浇筑施工工艺，纵向预应力的配置应结合悬臂浇筑工艺进行设计，包含纵向悬臂钢束、腹板下弯束和合拢钢束。此外，V型刚构桥需要配置一定数量的横隔板，特别是在V型墩与主梁连接处，该处的构造及局部受力较为复杂，需要根据力流传递进行构造细节设计，以保证主梁与墩柱之间刚度过渡的顺畅性，又使得主梁的弯矩能够最大程度转化为墩柱的轴向受力。

3.2 关键设计参数

V墩刚构桥的主要设计参数是V墩倾角和墩身尺寸，其中V墩倾角直接影响上部结构的边中跨比，而墩身尺寸则决定墩柱与主梁的刚度比，控制墩梁的受力性能。

V墩倾角一般指V型墩与竖直线的夹角，显然，较小的V墩倾角则使得V墩之间过渡段太短，一方面不能发挥V墩释放中支撑负弯矩的效应，另一方面梁体的主跨跨径并没有得到有效降低，其适用范围有限。较大的V墩倾角，则使得V墩本身受力较难满足要求，同时V墩之间的主梁跨越长度较大，需要针对性的配置预应力钢束，从而使得刚构体系变得复杂。实际上，V墩的倾角应该结合桥梁的跨径长度进行设计，使得V型刚构具有适宜的边中跨比，同时，应尽可能保证V墩下行节点直接作用在承台基础上。近年来，有部分Y墩刚构桥的设计应用，应该注意到，这种Y型墩柱的受力相对V型墩更复杂，特别是在Y型三叉节点位置，往往成为整个结构的薄弱点。如果三个分支没有达到设计的理想轴力状态，附加弯矩的作用很容易使得该节点产生开裂和破坏，因此，应尽量将V墩下节点直接作用在承台基础上，简化墩柱受力。

V墩尺寸直接决定了墩身与主梁的刚度比，墩梁刚度比在连续刚构桥中对于结构整体受力具有很大的影响。一般情况，在满足墩身受力的情况下，墩柱越柔，对上部结构的弹性支撑效应越好，相应的次内力也越小，结构受力更加合理。如果墩柱刚度很大，则根据荷载效应的刚度分配原则，墩柱所承受的弯矩也越大，这与墩柱以承担轴向力为主的理念不符，因此容易出现长期耐久性甚至安全性问题。设计中，需要根据结构跨度和主梁刚度等参数多次试算对比，优化V型墩的尺寸。

4 V墩连续刚构桥施工要点分析

V墩连续刚构桥基本采用连续刚构桥的挂篮悬臂施工工艺，因其施工状态就是最终的结构成型状态，因此不存在多次的结构体系转化问题，故V型刚构桥施工的难点与常规的连续刚构桥一样主要是边、中跨合拢问题，特别是大跨度桥梁，由于V墩刚构主梁对V墩位移的敏感性，使得其合拢控制更加困难。此外，V墩本身的施工也是关键点之一。

4.1 V墩施工要点

V型墩大都采用现场支架浇筑施工，但由于V墩的构造特点，其现场施工的支架体系也有所不同，表1给出了目前多座已建V墩刚构桥梁的V型墩施工方法，可见V型墩尺寸(跨径)不同，所用施工方法不一。中小跨径可以采用预制拼装施工，较大跨径需要采用劲性骨架和斜拉支架提供模板支撑平台，具体施工方法需要根据施工处桥址环境特点、V墩尺寸、施工难易度比选确定。见表1。

表1 已建V墩连续刚构桥的V墩施工工艺

4.2 合拢施工

合拢施工是连续刚构桥的关键施工难点，涉及到合拢顺序、合拢时机和合拢跟踪监测三个关键环节。

首先，应该确定合理的合拢顺序，具体的合拢方式根据结构受力和结构状态取定，在常规的施工组织下，往往先合拢边跨，将双悬臂体系首先转换为单悬臂体系，降低结构的机动性和不确定性；之后再合拢中跨，将两个单悬臂体系转化成连续刚构体系，完成全桥体系转换；

其次，合拢时机的选择。考虑V型刚构桥属于多次超静定结构，合拢时外界温度、日照温度以及浇筑初期混凝土收缩徐变等因素对V墩刚构桥的结构受力状态影响很大，合拢施工时机选择应控制在一天中环境气温最低，且温度变化幅度较小的时段进行。同时，大跨径V墩刚构还受风荷载影响较大，因此也应该在风荷载较小的天气进行合拢施工；

最后，合拢过程的施工监控。由于合拢质量直接影响桥梁的成桥状态，因此需要对每一个合拢步骤进行控制，确保在施工可控范围内。另外，相当部分大跨径V墩刚构桥梁中跨合拢时，需要配合千斤顶等设施对合拢段两侧结构进行顶推以调整墩梁结构内力，施工过程中除严格按照设计顶推力施工外，顶推过程中顶推力的作用点、加载速度以及合拢位置主梁挠度的监测控制等，都需要进行精确控制，以使桥梁达到合拢预定状态。