一座懸臂拼裝預應力混凝土連續剛構橋設計

衛高紅

（山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032）

裝配式橋梁采用工廠化構件預制，標準的程序施工，具有工程質量易于保證，建造速度快等優點，在中小跨徑橋梁的建設中具有廣泛的應用。近年來，隨著體外預應力技術的發展，節段預制拼裝箱梁作為裝配式箱梁橋的一種，在中大跨徑橋梁中得到越來越多的應用，目前國內預制節段拼裝以等截面預應力混凝土箱梁橋為主，變截面較少。

表1 部分國內設計施工的大跨徑箱梁節段預制拼裝橋

本文以工程實例介紹一座大跨徑變截面預應力混凝土橋梁預制節段拼裝的設計施工要點。

1 工程概況

本橋為一座雙向六車道城市橋梁，行車道兩側設置有非機動車道。主橋跨徑布置為（70+125+70）m預應力混凝土連續剛構。設計要點如下：

a）剛構橋橫向兩幅，采用單箱單室截面，C55混凝土。箱梁高度按二次拋物線變化，跨中3.2 m，主墩中心處7.25 m，主橋箱梁在墩頂0號塊處設置兩塊厚度為1.5 m的橫隔板，在邊跨端部設厚度為1.6 m的橫隔板，中跨跨中設置厚度為0.3 m的跨中橫隔板。主橋箱梁采用縱、橫、豎三向預應力體系。

b）單箱單室箱梁頂板寬16.5 m，底板寬8.0 m，主橋箱梁頂板厚度為0.28 m，底板厚度按二次拋物線，由跨中的0.3 m變化到中支點處的0.9 m；腹板厚度0.5～0.9 m。

c）主橋箱梁采用預制節段懸臂拼裝施工，施工時箱梁除0號塊、16、16'號合攏塊及部分邊跨采用現澆外，其余分為15對梁段，均采用對稱預制節段拼裝施工，預制節段箱梁梁段通過梁上剪力鍵和預應力鋼束連接。在0、1號塊，8、9號塊間設置50 cm濕接縫。邊中跨合攏段長度均為2.0 m。

d）主墩采用鋼筋混凝土雙薄壁墩，單墩墩身厚度為1.5 m，寬8.0 m，墩身順橋向凈距4 m。

圖1 箱梁橫斷面（單位：cm）

2 密齒型剪力鍵設計

相鄰箱梁間設置剪力鍵作用是傳遞剪力、節段限位匹配，一般采用矩形、密鍵布置。根據國內外工程經驗，密齒型剪力鍵可以均勻、有效地在接縫間傳遞剪力，接縫形式更為安全、簡單和經濟。由于在接縫間沒有普通鋼筋穿過，接縫抗彎能力完全依賴于穿過接縫的預應力鋼束。預應力鋼束具有較大的極限應力和通過精確計算配置足夠鋼束后，預制節段施工的橋梁在力學性能上和現澆結構區別不大。

密齒剪力鍵一般設在箱梁底板、腹板、頂板及懸臂翼緣板上。箱梁主要依靠腹板承擔總體荷載的剪力作用，故剪力鍵在腹板區域滿布，并隨著往支點梁高增大而增加；頂板、翼緣板剪力鍵主要承擔車輛荷載傳遞的剪力，并起對接定位作用；底板剪力鍵主要起定位匹配的作用。

圖2 剪力鍵大樣（單位：cm）

本橋剪力鍵厚度采用5 cm，在腹板全高范圍內設置，頂、底、翼緣板布置部分區域。本橋剪力鍵厚度與平均高度比為1∶2，傾斜角采用45°，具體尺寸見圖2。

3 接縫設計

預制變截面箱梁懸臂節段的拼裝依靠預應力鋼束和節段間剪力鍵作用成為整體。拼裝節段相互之間的接縫形式有如下幾種形式：混凝土現澆濕接縫、環氧樹脂接縫、水泥砂漿接縫、干接縫，也可以幾種接縫形式配合使用。

2.男子及男童貧民院-TI Erh Chiu Chi Yuan（Chien Fu Ssu, 安定門內）

本項目環境類別為Ⅲ類，為保證體內束耐久性，本橋懸拼接縫采用環氧樹脂涂裝連接，施工時保證接縫間壓應力不小于0.3 MPa。環氧樹脂接縫施工期間應張拉臨時預應力筋，保證縫隙間壓應力至環氧固化為止，再張拉相應永久預應力懸拼鋼束并灌漿。

1號梁段是緊鄰0號塊的第一個節段，也是懸拼的基準梁段，現澆段0號塊與預制段1號塊采用50 cm混凝土現澆濕接縫，以便于1號懸拼基準塊定位。由于本橋跨徑較大，在8、9號塊之間也設置50 cm現澆濕接縫，作用是調整懸拼過程中累積的中線和標高偏差。現澆濕接縫間設置普通鋼筋進行連接。階段拼裝接縫布置見圖3。

圖3 節段拼裝接縫布置圖（單位：cm）

4 預應力體系

結合大跨徑變截面箱梁特點及施工要求，為達到全預應力體系需配置較多鋼束。由于箱梁截面變高度，如果配置體外束過多，需要很多轉向塊，增加自重且施工困難。基于上述考慮，本橋采用體內、體外混合配束的方式，以體內束為主要配置，體外束作為安全儲備。體外預應力鋼束轉向構造采用了橫梁式。

本橋主梁采用三向預應力混凝土結構，縱向按全預應力構件設計，橫向按部分預應力混凝土A類構件設計。體內縱、橫向預應力采用Φs15.2的鋼鉸線束，豎向預應力采用JL32高強精軋螺紋粗鋼筋；體外束采用21Φs15.2的成品鋼束，橫向布置兩束，中、邊跨均錨固橫隔板上。體外束布置見圖4。

圖4 體外束布置示意圖（單位：cm）

5 結構分析

懸臂拼裝節段預制結構，由于接縫間通過混凝土剪力鍵及環氧樹脂連接，節段間沒有設置普通鋼筋，接縫處工作性能與懸澆梁存在一定的區別。本橋在結構計算分析中，對接縫強度進行了折減，正截面抗彎折減系數采用0.95，斜截面抗剪折減系數采用0.85[1]。經計算，支點處最大彎矩1 081 330 kN·m，抗力1 550 584 kN·m；跨中最大彎矩221 562 kN·m，抗力247 260 kN·m；支點處最大剪力40 446 kN，抗力62 623 kN，均滿足要求。本橋的正截面抗彎承載力和抗剪承載力包絡圖分別見圖5和圖6。

圖5 正截面抗彎承載能力包絡圖（單位：kN）

圖6 斜截面抗剪承載能力包絡圖（單位：kN）

根據接縫截面豎向力的平衡條件，同時考慮結構的重要性系數、構件材料、接縫上壓應力后，環氧膠接縫正截面抗剪承載力應滿足式（1）：

表2 主要截面正截面抗剪承載力

6 主要施工方法

6.1 節段制作方法

構件節段的預制方法主要有長線臺座法及短線臺座法。對于變截面連續箱梁，每個節段尺寸不一致，采用短線法雖然場地小，但是復雜的幾何尺寸控制難度較大，會造成累計偏差。借鑒國內外變截面梁的節段預制經驗，從保證工程質量和便于線形控制角度出發，本橋采用長線法預制，最大預制重量約190 t。

6.2 節段懸臂拼裝

支架上現澆主墩及0號塊，在懸拼過程中,當把1號梁段的中線、高程調到符合設計要求后,進行0、1號塊臨時固定，焊接鋼筋，澆筑50 cm濕接縫。8、9號塊間也采用50 cm濕接縫連接，其余節段采用膠接縫懸拼施工方法，直到節段懸臂拼裝到最大懸臂狀態，掛籃現澆合攏。

圖7 節段懸臂拼裝施工示意圖

節段懸臂拼裝施工前應進行試拼和調整，保證預制節段的相互匹配，同時應對節段拼縫黏結劑的涂抹、對孔道口的防護措施和臨時預應力的施加給予足夠重視。本橋要求節段臨時預應力施加應滿足混凝土壓應力不小于0.3 MPa，且應在黏結劑失去和易性之前完成。預制節段的拼裝按表3[2]要求的精度控制。

表3 節段懸臂拼裝箱梁施工中竣工節段的允許偏差