大跨徑預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)剛構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算研究

【摘要】：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)及施工技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了橋梁建設(shè)的發(fā)展，使各種型式的橋梁不斷涌現(xiàn)出來(lái)。連續(xù)剛構(gòu)橋以其抗震能力強(qiáng)、跨越能力大、受力性好，且橋型美觀、施工便利等優(yōu)點(diǎn)在橋梁建設(shè)中的應(yīng)用十分廣泛。本文在介紹連續(xù)剛構(gòu)橋梁的基礎(chǔ)上，結(jié)合省道黃標(biāo)線蘄春清水河至干魚(yú)咀改建工程中蘄河2號(hào)大橋的設(shè)計(jì)，對(duì)大跨徑預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)剛構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算要點(diǎn)進(jìn)行了分析。 

　　【關(guān)鍵字】：大跨徑預(yù)應(yīng)力砼橋梁；連續(xù)剛構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 

　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，公路建設(shè)也得到了快速的發(fā)展，在公路工程項(xiàng)目中，橋梁建設(shè)是一個(gè)較為重要的部分。在橋梁建設(shè)中，橋梁的穩(wěn)固性、抗震性等各種性能都十分重要，而影響橋梁安全穩(wěn)定系數(shù)的一個(gè)重要因素就是結(jié)構(gòu)安全的設(shè)計(jì)，因此，在設(shè)計(jì)施工方案時(shí)，尤其是在一些大橋的施工建設(shè)過(guò)程中，需要選擇跨越能力大、抗震性強(qiáng)、受力性能好的橋型，以能保證橋梁工程的質(zhì)量。 

　　一、連續(xù)剛構(gòu)橋梁 

　　剛構(gòu)橋是一種采用剛結(jié)構(gòu)作為主要承重結(jié)構(gòu)的橋梁，主要的結(jié)構(gòu)形式有門(mén)式剛構(gòu)橋、斜腿剛構(gòu)橋、T型剛構(gòu)橋和連續(xù)剛構(gòu)橋。 

　　連續(xù)剛構(gòu)橋是一種有兩個(gè)以上主墩采用墩梁固結(jié)的橋型，橋的結(jié)構(gòu)采用的是預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)，它是以連續(xù)橋梁和T型剛構(gòu)橋作為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)出來(lái)的，即具有T型剛構(gòu)橋橋型美觀、避免下部施工困難等的特點(diǎn)，由于保持了上部構(gòu)造連續(xù)梁的屬性，還具有跨越能力大、施工簡(jiǎn)便、造價(jià)低、視野開(kāi)闊等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還能對(duì)水平荷載下結(jié)構(gòu)的受力性能有一定的改善，抗震能力好、結(jié)構(gòu)變形小，具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，在我國(guó)橋梁建設(shè)中有著十分廣泛的應(yīng)用和良好的發(fā)展前景。 

　　二、大跨徑預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)剛構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 

　　在橋梁工程中，橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般是由美學(xué)要求和橋梁所在位置的承載能力來(lái)決定。在實(shí)際施工過(guò)程中，由于大跨徑預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)剛構(gòu)受力復(fù)雜，混凝土的收縮、溫度、預(yù)應(yīng)力等各種因素都會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，因此為了避免橋梁出現(xiàn)類(lèi)似已施工的同類(lèi)橋梁中出現(xiàn)的底板開(kāi)裂、橋面裂縫等問(wèn)題，在連續(xù)剛構(gòu)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)階段就應(yīng)當(dāng)將各種因素考慮在內(nèi)，盡量使設(shè)計(jì)科學(xué)合理，以省道黃標(biāo)線蘄春清水河至干魚(yú)咀改建工程中蘄河2號(hào)大橋的設(shè)計(jì)為例，對(duì)大跨徑預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)剛構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算中的問(wèn)題進(jìn)行探討分析。 

　　（一）工程概況 

　　1、工程概況 

　　蘄河2號(hào)大橋是省道黃標(biāo)線蘄春清水河至干魚(yú)咀改建工程中位于湖北省蘄春縣內(nèi)的一座大橋，項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，主要是受淮陽(yáng)山字型構(gòu)造控制，并疊加了新華夏構(gòu)造，區(qū)域內(nèi)的地殼較為穩(wěn)定，地層分布主要為太古界強(qiáng)、中風(fēng)化砂巖。 

　　橋址的地表水主要為蘄河河水，沿途匯集河流的排泄及大氣降水，水量受季節(jié)性影響的控制，具有暴漲暴落的特點(diǎn)。地下水的類(lèi)型主要為松散沉積物孔隙水，橋址的地表水及地下水對(duì)混凝土及混凝土中的鋼筋有微腐蝕性。 

　　根據(jù)橋型方案設(shè)計(jì)中經(jīng)濟(jì)適用、施工方面、安全等設(shè)計(jì)原則，綜合專(zhuān)家評(píng)審的意見(jiàn)，主橋上構(gòu)為（60+110+60）m變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，采用懸澆施工，引橋上構(gòu)采用30m后張法預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁，先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)。 

　　2、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 

　�。�1）道路等級(jí)：一級(jí)公路 

　　（2）橋梁汽車(chē)荷載標(biāo)準(zhǔn)：公路-Ⅰ級(jí) 

　�。�3）設(shè)計(jì)車(chē)速：80km/h 

　　（4）地震峰值加速度：0.05g 

　�。�5）設(shè)計(jì)洪水頻率：1/100 

　�。�6）通航標(biāo)準(zhǔn)：Ⅳ級(jí)航道，通航凈寬90m，凈高8.0m 

　�。�7）橋梁寬度：2×（0.5（防撞護(hù)欄）+11m（車(chē)行道）+0.5m（防撞護(hù)欄）+0.25m（半中分帶））=24.5m 

　　（二）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 

　　1、墩梁剛度比及墩柱結(jié)構(gòu)形式 

　　墩梁剛度比的確定是連續(xù)剛構(gòu)設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的部分，合理合適的剛度比不僅能夠滿足橋整體的縱向剛度要求，還能充分地發(fā)揮出材料的性能，改善橋梁梁體的內(nèi)力分布，增大跨徑，節(jié)約投資成本。連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)中墩柱和梁體的相對(duì)剛度，由二者彎矩的分配來(lái)決定，同時(shí)還受到混凝土梁體的收縮、溫度應(yīng)力及連續(xù)剛構(gòu)墩柱的抗推剛度等的影響，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，首要的目標(biāo)是盡可能減小梁體的自重。 

　　而在墩柱結(jié)構(gòu)的確定中，除了要滿足連續(xù)剛構(gòu)結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)、施工等對(duì)縱、橫向剛度的要求外，還要考慮到抗彎剛度和抗推剛度，盡可能地增大抗彎剛度，而減小抗推剛度。根據(jù)這一要求，蘄河2號(hào)橋主橋主墩采用雙肢薄壁墩，墩身橫橋向與箱梁底同寬為6.5m，順橋向和箱梁0 號(hào)塊內(nèi)橫隔板厚度一致為0.9m，承臺(tái)平面尺寸14.4×8.9m，厚4.0m，基礎(chǔ)采用6Φ2.2m 鉆孔灌注樁。7 號(hào)、10 號(hào)過(guò)渡墩為“L”形蓋梁，墩身為鋼筋混凝土雙柱式橋墩，橋墩直徑2.0m，橋墩間距6.0m。 

　　2、梁墩固結(jié)處 

　　連續(xù)剛構(gòu)中梁墩固結(jié)處的設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中作為關(guān)鍵的一部分，固結(jié)處的構(gòu)造與受力都較為復(fù)雜，在設(shè)計(jì)時(shí)，其聯(lián)結(jié)的形式取決于橋墩柱的形式，在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)當(dāng)考慮到傳力路徑、施工便捷程度等方面，確保設(shè)計(jì)科學(xué)合理。 

　�。ㄈ�）結(jié)構(gòu)計(jì)算 

　　在根據(jù)設(shè)計(jì)原則及設(shè)計(jì)要點(diǎn)確定連續(xù)剛構(gòu)結(jié)構(gòu)的基本尺寸后，還應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)算，再根據(jù)具體的情況對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。結(jié)構(gòu)計(jì)算包括恒載、活載、混凝土收縮徐變、溫度、不均勻沉降和其他荷載，驗(yàn)算的內(nèi)容有內(nèi)力、應(yīng)力和撓度等，也即承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。 

　　1、內(nèi)力計(jì)算 

　　主橋上部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算包括整體縱向計(jì)算和局部橫向計(jì)算。計(jì)算采用空間有限元軟件進(jìn)行，使用的計(jì)算模型要完全與實(shí)際結(jié)構(gòu)的構(gòu)造和受力特點(diǎn)相符合，以確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。 

　　箱梁橫向內(nèi)力計(jì)算，一般是使用彈性支撐平面框架進(jìn)行計(jì)算，在計(jì)算的過(guò)程中還應(yīng)考慮到溫度和預(yù)應(yīng)力對(duì)箱梁橫向內(nèi)力的影響。蘄河2號(hào)橋箱梁橫向分析采用了框架模型進(jìn)行計(jì)算，并以計(jì)算的結(jié)果來(lái)配置頂板橫向鋼筋。 　　主橋縱向計(jì)算分施工階段和使用階段計(jì)算，主要采用的計(jì)算軟件是MIDAS CIVIL和橋梁博士。 

　　2、應(yīng)力計(jì)算 

　　為了有效地防止連續(xù)剛構(gòu)橋底板開(kāi)裂和腹板開(kāi)裂問(wèn)題，還應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算。 

　　（1）底板預(yù)應(yīng)力 

　　在連續(xù)剛構(gòu)橋中，造成底板混凝土下崩、底板預(yù)應(yīng)力鋼筋下移的主要原因是力筋張拉后向弧心的徑向力，因而，布置在箱梁底板尤其是跨中底板的預(yù)應(yīng)力束張拉后，還須確保預(yù)應(yīng)力束徑向力由底板鋼筋承受，以保障底板上下層鋼筋網(wǎng)不會(huì)被撕開(kāi)。 

　　預(yù)應(yīng)力束筋徑向力及荷載的作用是底板整體下?lián)铣霈F(xiàn)縱向裂縫的主要原因，在控制底板裂縫時(shí)，常常采用在跨中截面增設(shè)隔板的措施，以增強(qiáng)截面的局部剛度，在實(shí)際工作中，對(duì)于底板裂縫的控制措施應(yīng)根據(jù)計(jì)算結(jié)果來(lái)選擇是增設(shè)橫隔板還是加設(shè)閉合箍筋。 

　　（2）腹板預(yù)應(yīng)力 

　　通過(guò)對(duì)近些年來(lái)一些大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁腹板開(kāi)裂現(xiàn)象的分析，得知以四分點(diǎn)至八分點(diǎn)的部位最為薄弱，主拉應(yīng)力最大，因此，在連續(xù)剛構(gòu)橋中除了常規(guī)的在腹板內(nèi)豎向預(yù)應(yīng)力筋外，還應(yīng)該加強(qiáng)其斷面的尺寸和箍筋布置。 

　　另外，根據(jù)大量的實(shí)踐證明，溫度變化對(duì)連續(xù)剛構(gòu)的影響也較大，是此類(lèi)橋梁產(chǎn)生裂縫的主要原因之一，因此在進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，還應(yīng)當(dāng)根據(jù)相關(guān)的規(guī)范對(duì)溫度荷載進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)結(jié)果采取相應(yīng)的措施來(lái)盡可能地降低因溫差產(chǎn)生的應(yīng)力。 

　　3、撓度計(jì)算 

　　連續(xù)剛構(gòu)結(jié)構(gòu)計(jì)算中，計(jì)算模型、自重、混凝土的收縮、溫度、預(yù)應(yīng)力、施工荷載等多種因素都會(huì)對(duì)撓度計(jì)算造成影響，因此在進(jìn)行撓度計(jì)算時(shí)需要綜合考慮多種可能的影響因素。 

　　結(jié)語(yǔ)： 

　　大跨徑預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)剛構(gòu)結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)計(jì)算中，一般還須要進(jìn)行地震效應(yīng)分析，通常是采用反映譜法對(duì)地震響應(yīng)進(jìn)行分析，同時(shí)一些主墩較高的橋梁中，還應(yīng)對(duì)高墩的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，以確保設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的安全可靠。 

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