大跨徑連續梁橋的設計技術要點分析

摘 要:連續梁橋技術因其具有的受力均勻、整體性好、節省材料，安全度高等優點廣泛應用于我國中跨徑和大跨徑的橋梁建設項目中。但在投入運營的近十年間，大跨徑連續梁橋也暴露出了跨中撓度過大、腹板開裂變形等一系列質量問題，這就需要設計者控制好影響其結構穩定性的諸多因素。本文通過對連續橋梁結構設計中關鍵部位的計算，分析了預應力混凝土連續梁成橋的合理狀態，并簡要說明了設計中應充分注意的問題。

關鍵詞:連續梁橋 橋梁設計 大跨徑

中圖分類號:U443文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)08(b)-0056-01

1 預應力混凝土箱梁技術在大跨徑橋梁設計中的應用

連續梁橋是一種指兩跨或兩跨以上，連續的超靜定結構橋梁。由于其主梁連續支承在幾個橋墩上，支點產生的負彎矩對跨中正彎矩具有卸載作用，其彎矩的絕對值較同跨徑的其他橋梁更小，并具有更大的橋下凈空，因此顯示出受力均勻、整體性好、節省材料，安全度高等優點。而預應力混凝土連續梁橋則因其具有的剛度高、接縫少、行車舒適等優點，成為了連續梁橋的主要結構形式，目前我國很多跨度范圍在30～350m內的橋梁，都是使用該方法設計建造的，但投入運營的近十年間，大跨徑連續梁橋也暴露出了跨中撓度過大、腹板開裂變形等一系列質量問題，需要建設者在設計施工中給予充分的重視。此外，由于墩臺的不均勻沉降會引起超靜定結構梁體各孔內力發生變化，因此連續梁橋技術通常僅用在地基條件較好的大跨徑橋梁項目中。

2 連續梁橋的結構設計計算

2.1 主梁截面計算

由于跨度的增加導致預應力混凝土連續梁橋結構自重占總設計荷載比重的增加，因此，大跨度橋梁在滿足剛度需要的基礎上，應盡可能減輕上部結構自重，并以較大的截面面積獲得所需的有效承載能力。設計中首先要考慮的問題，是連續主梁斷面型式的優選，及根據實際情況確定其截面尺寸。

2.2 箱梁結構計算

大跨徑預應力混凝土連續梁橋通常采用變高、變底板厚度的箱梁構造形式。而通過曲線對比分析論證，可以得出梁底變化規律如下列二次拋物線形式:

Y=H跨中+BX2

其中H跨中為主流箱梁的跨中梁高;Y為所求點之梁高;X為所求點距坐標原點的距離;梁底曲線方程的坐標原點在單T最大懸臂段頂面末端。

箱梁底板同樣按二次拋物線變化，箱梁縱向在主墩設橫隔板兩道，其位置與主墩側壁相對應，以便在箱梁懸臂澆筑時，設置梁墩臨時固結構造。主梁邊跨部將頂、底板及腹板加厚，形成勁性框構，也起到端橫隔的作用，為便于施工，各橫隔板一般均設入孔。

2.3 預應力體系的優化布置

目前大跨徑預應力混凝土箱梁橋體多采用懸臂法進行施工，并以成橋階段的受力狀態作為其預應力的布置依據。縱向預應力配束方案設計則是參考荷載作用下的彎矩包絡圖，配置連續預應力束與腹板下彎束及頂板直線束等懸臂預應力束。縱向預應力筋的布置要充分考慮截面的受力情況，以適當減少剪力滯的影響。縱向預應力筋的布置應符合結構各部件的受力特點，如邊孔的彎起預應力筋或連續預應力筋一般不宜取消。對預應力鋼束宜采用分散錨固，不能避免時應考慮集中錨固區局部應力，構造上必須予以加強。

3 預應力混凝土連續梁成橋合理狀態分析

懸臂施工是將大跨度箱梁分為若干部分，先對橋墩兩側的某段箱梁進行施工，待其達到設計強度后，再以此段結構作為支撐，按多個施工階段進行懸臂拼裝或懸臂澆筑的施工方法，該法可以通過對橋體應力分析的直接影響，達到施工階段最不受力的狀態。設計中應以施工及使用階段的應力包絡組合作為約束條件，按施工實際步驟對全梁進行前進分析，以形成施工中控制截面點、附加荷載點等位置的應力包絡，并結合材料特性、幾何特性、有限元模型及預應力索位因素等計算出最優預應力索數，以得到滿足強度要求的配索結果。

應特別注意的是，由于預應力效應引起的收縮、徐變的應力重分布，可能使估索結果無法滿足強度要求或偏離實際的優化結果，因此在施工圖設計階段確定成橋合理內力狀態時，應將收縮、徐變等時效影響計算在內，并將施工分為單T施工、體系轉換以及成橋狀態等三個階段，以得到最終的綜合優化結構。

單T狀態的結構受力是以支點負彎矩為主，索力規整時又增大了預應力張拉力，故最優索力一般都滿足單T施工各階段的強度要求。而體系轉換后，則應將單T施工結束時的實際應力狀態作為初態，與體系轉換引起的結構應力進行疊加，形成一個新的結構控制截面應力向量。計算應力影響矩陣時，應注意到與索力增量向量相應的預應力影響向量，必須用單T結構模式計算;體系轉換后張拉的預應力影響向量必須用體系轉換后的結構模式計算。全橋合攏后，一般需要張拉連續索，此時結構應滿足營運階段應力的約束條件，這一階段的索力優化可仿照體系轉換階段的索力優化方法進行。通過以上三步計算，不僅可以得到最優的預應力索布置，而且還可以得到各施工階段結構的受力狀態。

4 設計中應注意的問題

為提高橋梁的穩定性與耐久性，還應在設計中注意下列問題。

4.1 材料的選擇

研究表明，混凝土強度等級的提高對其抗壓強度的提高作用并不明顯，因此提高一至兩個混凝土等級對提高橋梁結構整體抗裂性的幫助不大。但如能在工程中通過選用輕質混凝土，達到比降低頂底板或腹板厚度更好的減輕橋體重量的效果，從而增大箱梁的相對截面尺寸，就會使大跨徑橋體更加穩定。此外，應選擇收縮徐變系數小的混凝土降低其變異程度對橋梁使用期的內部作用。而優選施工方案，對施工工藝加以有效控制，也能減小溫度、預應力損失及收縮徐變對橋梁的不利影響。

4.2 對腹板斜裂縫的控制

腹板下彎束對抵抗主拉應力的作用明顯，是抑制腹板斜裂縫的重要手段，但由于其產生的徑向拉應力與腹板橫向拉應力的共同作用又可能導致斜裂縫的出現，因此應在滿足橋體強度的情況下，合理減少配束的數量，并通過設置腹板箍筋，抑制腹板斜裂縫的出現。豎向預應力損失也會使混凝土承受的主拉應力增大，因此應考慮到各項導致預應力損失的因素而進行設計調整。此外，箱梁開裂常常伴隨著剪切變形等其他質量問題，對長期撓度影響很大，因此應通過合理增大腹板厚度等方式提高其抗裂性和承剪能力，抑制裂縫與形變耦合效應對箱梁的損害。

參考文獻

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