預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計探討

尚 羽

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司)

1 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋結(jié)構(gòu)特點

(1)有利于大幅度地減少大型橋梁支座、橋墩的量，從而實現(xiàn)施工成本的進一步降低。(2)連續(xù)鋼構(gòu)橋綜合了連續(xù)橋梁和T 型鋼構(gòu)橋的受力特點，有利于減少混凝土的徐變、收縮以及溫度變化問題。(3)與同徑同跨度連續(xù)橋梁相比較，連續(xù)鋼構(gòu)橋的跨中區(qū)域正彎矩更小。

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋結(jié)構(gòu)設(shè)計難點主要在于:該橋梁型式主要使用懸臂澆筑的施工技術(shù)，這就導(dǎo)致后期撓度會大幅度地超過設(shè)計預(yù)期數(shù)值，而一旦橋梁跨中撓度過大，極易導(dǎo)致橋梁頂板裂縫、底板裂縫等現(xiàn)象的出現(xiàn)，不利于橋梁的整體安全性。因此，在進行橋梁設(shè)計時，必須要重視其結(jié)構(gòu)的使用性能、耐久性以及安全性問題。

2 實例分析預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計

2.1 工程概況

本預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋為某高速公路跨越黃河所設(shè)，該區(qū)域河床寬為600 m，河谷呈U 形谷。橋梁分左右幅，橋面凈寬為2 m。設(shè)計防洪標準是300 年一遇洪水，地震基本烈度Ⅵ度。

2.2 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計

該橋主橋的上部結(jié)構(gòu)使用的是80 +4 ×150 +80 m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)。

(1)上部結(jié)構(gòu)設(shè)計

上部結(jié)構(gòu)使用直腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，箱梁為單箱單室斷面，采用縱向、豎向以及橫向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，箱梁頂面、底板橫坡和路線橫坡相同。箱梁頂寬為13 m，底寬為7 m，懸臂長3 為m。合攏段處箱梁中心高度是3.5 m，頂板的厚度與底板的厚度均為0.3 m;0 號塊的中心高度為9 m，頂板的厚度與底板的厚度分別為0.8 m、1.5 m;由懸臂端至0 號塊根部箱梁的高度按照變化，底板的厚度按照變化，上式中x 代表的是計算截面與懸臂端的距離。

該橋梁的主梁按照三向預(yù)應(yīng)力進行設(shè)計:①縱向預(yù)應(yīng)力使用的是鋼絞線型號分別為Фs15.2－ 8、Фs15.2－ 17 以及Фs15.2－25，采用塑料波紋管成孔，兩端張拉，錨具為OVM 群錨體系。②橫向預(yù)應(yīng)力使用的鋼絞線型號為Фs15.2－2，采用鍍鋅金屬波紋管成孔，單端張拉，錨具為BM15－2 扁錨體系。

(2)下部結(jié)構(gòu)設(shè)計

該主橋的下部結(jié)構(gòu)設(shè)計為雙肢實心墩，1～5#主墩的墩高如下所示:1#為103 m、2#為105 m、3#為112 m、4#為115 m、5#為88 m。

對雙肢墩不同間距進行計算后，確定主墩的縱向總寬度10 m，橫向?qū)挾? m。1#和5#橋墩順橋向單肢厚度為2.2 m，2～4#橋墩順橋向單肢厚度為2.5 m;1～4#墩承臺以上50 m內(nèi)使用變截面，單肢厚度縱橋向從2.2 m 變?yōu)?.2 m，橫橋向從7 m 變?yōu)?1 m，墩底布設(shè)高為4 m 的整體實心斷面。5#墩承臺以上45 m 內(nèi)使用變截面，單肢厚度縱橋向從2.2 m變?yōu)? m，橫橋向從7 m 變?yōu)?0.6 m。此外，為了調(diào)整各個主墩的抗推剛度，2～4#墩間布設(shè)3 道1 m 高的系梁，1、5#墩間布設(shè)1 道1 m 高的系梁。

2.3 結(jié)構(gòu)靜力計算分析

(1)構(gòu)建模型

當(dāng)前，根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，橋梁的支點梁高和跨度之比應(yīng)保持在1/16～1/18，本工程設(shè)計為1/16.7;跨中梁高通常處于支點梁高的1/5～1/2，本工程設(shè)計為1/2.6。總的來說，設(shè)計取值具備科學(xué)性與合理性。現(xiàn)使用MIDAS/Civil 構(gòu)建全橋模型計算，橋面板的計算依據(jù)單向板與懸臂板進行，特殊部位則是使用空間實體單位進行分析，主梁依據(jù)全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件進行設(shè)計。如下圖2 所示即為全橋模型。

(2)上部結(jié)構(gòu)靜力計算

①據(jù)計算，本橋主梁的各部位在施工過程中的最大拉應(yīng)力為σ'cc=0.3 MPa，未達到限制0.7f'tk=1.73 MPa;最大壓應(yīng)力為13.9 MPa，未達到限值0.70f'ck=22.365 MPa，滿足要求。②在短期效應(yīng)組合作用下，主梁的最大主拉應(yīng)力達到了1.0 MPa，但是依舊未超過限值0.4ftk=1.11 MPa，因此，斜截面的抗裂達到要求。③在標準值組合作用下，主梁的最大壓應(yīng)力達到16.1 MPa，小于限值0.5fck=17.75 MPa，滿足規(guī)范要求。④在標準值組合作用下，主梁的最大主壓應(yīng)力達到15.5 MPa，未超過限值0.6fck=21.3 MPa，達到要求。⑤撓度長期增長的活載作用下，最大靜撓度達到45.2 mm，未超過撓度限值150 000/600=250 mm，達到要求。

(3)主墩計算及截面選擇

根據(jù)本橋橋址位置現(xiàn)狀條件下，橋位河段冰期出現(xiàn)封凍、壅冰的可能性應(yīng)較小。一般冬季只流凌，每年凌汛期，河段內(nèi)會有大量的水內(nèi)冰，冰塊沖擊橋墩，會對橋墩產(chǎn)生一定的沖撞。設(shè)計初期考慮凌汛期冰塊的影響，橋墩采用空心薄壁墩，墩身上部采用雙薄壁墩，下部1/2 高度截面采用變截面空心墩，設(shè)計水位以下部分采用實體段并在橋墩上游一側(cè)設(shè)計了分水尖。經(jīng)計算1#、5#邊墩墩底彎矩較大，墩底截面配筋驗算通不過。后期除設(shè)計水位以下為實體截面，墩身整體調(diào)整為變截面雙薄壁墩，通過采用雙薄壁墩降低了墩身順橋向厚度，降低了順橋向墩身剛度，同時也提高了墩身橫橋向墩身剛度，從而迅速減小了溫度產(chǎn)生的順橋向墩身荷載效應(yīng)，對邊墩效果更明顯。橋墩墩底截面內(nèi)力結(jié)果見表1。

表1 橋墩墩底截面內(nèi)力

由表1 結(jié)果可以看出調(diào)整后的雙薄壁墩墩底彎矩較之前采用的空心墩降低10%左右，軸力和剪力變化相對較小，由于墩底彎矩為控制橋墩配筋的控制因素，因此選用合適的截面對于剛構(gòu)邊墩的受力影響很大，但是墩身厚度同時受截面應(yīng)力狀態(tài)和穩(wěn)定性的限制，存在一個低限。在實際工程設(shè)計中，要通過不同截面形式的橋墩計算進行比較，選取最合適的斷面進行設(shè)計。

3 結(jié) 語

綜上所述，因為高速公路極易受到地形地貌、地質(zhì)條件以及路線高程的限制，同時由于免去了后期支座維護等因素的影響，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋結(jié)構(gòu)在山區(qū)高墩橋梁中得到了較為廣泛的應(yīng)用。在進行預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋的建設(shè)時，必須重視其設(shè)計工作，做好結(jié)構(gòu)靜力的計算，以確保工程施工安全與運行可靠。

［1］滕宇，戚中洋.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計淺析［J］.黑龍江科技信息，2008，(18):220.

［2］張?zhí)遥な③疲枕w.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋預(yù)拱度的設(shè)置與控制［J］.交通科技與經(jīng)濟，2012，(4):66－67.

［3］盧焱.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計探究［J］.交通標準化，2012，(1):112－114.