大跨径连续刚构桥设计探讨

于雷 申莹莹

【摘 要】结合某（70+125+70）m连续刚构桥工程实例的设计，针对连续刚构桥的主梁设计要点，对结构构造尺寸、断面形式的选择及布置预应力钢束等进行了分析研究，可为今后同类桥梁的设计提供参考。

【关键词】连续刚构;断面;预应力束布置;抗裂

【中图分类号】U448.23 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）07-0055-03

0 引言

连续刚构桥广泛应用于公路工程及市政工程桥梁建设中，普遍存在梁体开裂、跨中下挠等质量通病，为提高此类桥的设计质量和使用寿命，本文结合工程实例对设计要点进行研究探讨，并提出一些设计方法，可为今后同类桥梁的设计提供参考。

1 工程概况

某连续刚构桥坐落于广西某县，主桥全长265 m，主桥孔径为（70+125+70）m，边跨与主跨的跨径比为0.6。主桥上部结构选用变高混凝土连续箱梁，分为15个节段悬臂浇筑施工;主墩高25 m，选用实心双肢薄壁墩，主桥立面布置如图1所示。

2 结构设计

2.1 主梁截面形式的选取

该桥全宽12m，主梁截面的选择应在可以保证截面刚度的前提下减少主梁自重，依据以往设计经验及参考同类桥梁，此宽度主梁截面宜选用单箱单室形式。单箱单室截面形式箱梁结构受力明确合理，自重小，利于悬臂挂篮浇筑施工。

2.2 主梁梁高的确定

主梁应具有足够的高度以保证主梁具有良好应力性能和可靠的抗剪承载能力，因此主梁梁高不宜过小，跨中处梁高控制在主跨跨度的1/30～1/55范围内为宜，根部梁高控制在主跨跨度的1/16～1/20范围内为宜。

该桥主跨为125 m，不属于特大跨径桥梁，故梁高控制参数宜选用中间值，跨中处梁高取3 m，根部梁高取7.5 m，梁底按1.8次抛物线进行变化。

2.3 主梁截面尺寸的确定

依据结构体系的力学特点、预应力束设置、张拉构造要求，主梁截面尺寸确定如下。

主梁顶板厚0.28 m，跨中处底板厚0.3 m，根部处底板厚1 m，底板厚度从跨中向根部按1.8次抛物线渐变;腹板厚度不宜过小，跨中0.45 m，根部0.8 m，从跨中向根部通过2个节段直线过渡，即0.45 m～0.65 m～0.8 m。详细尺寸如图2所示。

2.4 预应力钢束布置

主梁采用纵向、横向及竖向三向预应力系统来提高主梁的整体受力性能，其中竖向预应力不参与主拉应力计算，只作为安全储备。

纵向预应力束依据施工过程可以分成悬臂束和合拢束，悬臂束根据布置位置分成腹板束及顶板束，合拢束根据设置位置分成边跨顶板束、边跨底板束、中跨顶板束及中跨底板束。悬臂束中的腹板束选用19-φs15.2钢绞线，顶板束选用21-φs15.2钢绞线;合拢束中的边跨顶板束选用17-φs15.2钢绞线，边跨底板束选用17-φs15.2钢绞线，中跨顶板束选用19-φs15.2钢绞线，中跨底板束选用20-φs15.2钢绞线。为增加跨中支点截面处上缘压应力，0#块处腹板束设置为4根，其他锚固截面腹板束皆设置为2根。为减小跨中截面下缘钢束二次距，中跨底板钢束布置采用减少长束、增加短束的布置方法，其中12#块、13#块锚固处的底板钢束为4根，其他锚固截面皆为2根，其立面布置如图3所示。

横向预应力钢束设置在主梁顶板内，一端张拉、一端扎花固定，间距为1m，交错布置，选用3-φs15.2钢绞线，。

竖向预应力钢束布置在0#块横隔板及主梁腹板内，采用5-φs15.2钢绞线。

3 结构分析计算

选用MIDAS/CIVIL桥梁计算软件建立平面杆系模型对该桥主桥进行计算，主梁、主墩皆采用梁单元模拟。其中，主梁共139个单元、140个节点;主墩共20个单元，24个节点。主梁与主墩固结连接。主要施工步骤：主墩及0#块施工—主梁挂篮悬臂施工—边跨支架部分施工—边跨合拢—中跨合拢—附属设施施工—10年运营期。主桥计算模型如图4所示。

3.1 正截面抗弯强度验算结果

依据混凝土桥规[3]5.1.2条规定，承载能力极限状况下对主梁在进行内力验算，要求如下：

γ0 S≤R

要求作用效应值不大于结构承载力设计值。

主梁计算结果弯矩包络图如图5所示。

计算结果见表1。

从上述图表可以得出，承载力设计值大于荷载效应设计值且安全储备较大，符合规范要求。

3.2 正截面抗裂验算结果

主桥按全预应力混凝土构件计算，正截面抗裂验算依据混凝土桥规[3]6.3.1条规定，在作用频遇组合下分块浇筑构件要求符合：

σst-0.80σpc≤0

在作用频遇组合下构件不应有拉应力。计算结果见表2。

从表2可以看出，边跨下缘最小压应力为2.14 MPa，中支点处上缘最小压应力为0.76 MPa，中跨下缘最小压应力为1.94 MPa，没有出现拉应力且安全储备较大，皆符合规范规定。

主梁正截面抗裂验算的关键位置为中跨支点截面上缘及中跨跨中截面下缘。上缘应力会在中跨支点位置出现应力突变，为控制此处不出现拉应力，可以在0#块增加局部钢束数量，即增加0#腹板束或0#顶板束数量，这样可以只增加中跨支点截面处的压应力而不改变其他截面处的应力。该桥在12#块和13#块锚固处的底板钢束改为4根，其他锚固截面皆为2根，减小中跨跨中截面下缘由钢束产生的二次距，该截面位置的压应力储备得到改善，并获得了良好的结果。

3.3 斜截面抗裂验算结果

斜截面抗裂验算依据混凝土桥规[3]6.3.1条规定，在作用频遇组合下现场浇筑构件要求符合：

σtp≤0.40ftk

在作用频遇组合下构件拉应力不应超过限值。在计算结果见表3。

从以表3看出，主梁最大主拉应力发生在跨中支點处，即0.59 MPa<1.096 MPa，符合规范。

此外，依据混凝土桥规[3]规定，还应进行抗剪承载力及抗剪截面验算等。截面在考虑了预应力钢束弯起和箍筋的共同作用效应时，抗剪承载力验算是比较容易计算通过的，如果个别位置验算不通过，可考虑调整预应力束的弯起点位置或增加预应力束数量的方法来解决。但如果抗剪截面验算不通过，则说明主梁截面选择不合适，应考虑增加主梁截面的腹板宽度、腹板个数或加高主梁梁高的方法。

在80～200 m跨度范围内，连续刚构桥是应用最多的桥型之一，其结构受力明确可靠、施工快捷、行车舒适、抗震性能强、后期养护运营成本低。

本文结合某桥工程实例对大跨径连续刚构桥的拟定构造尺寸、选择截面形式、布置预应力钢束等各设计要点进行了研究总结分析，并提出为减小跨中截面下缘钢束二次距，中跨底板钢束采用减少长束、增加短束的布置方法。可以为类似桥梁的设计提供参考。

参 考 文 献

[1]刘钊.桥梁概念设计与分析理论（上册）[M].北京：人民交通出版社，2010.

[2]JTG D60—2015，公路桥涵设计通用规范[S].

[3]JTG 3362—2018，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[责任编辑：钟声贤]