大跨連續剛構橋設計探討

呂衛軍 楊 凱

(陜西省交通規劃設計研究院，陜西西安 710068)

0 引言

連續剛構橋由于跨越能力大、技術成熟、施工方便、造價相對較低，故實際中應用較廣。無論山區、平原還是大江、大河，只要主墩高度不低，均可以采用連續剛構。我國的西部地區多屬山嶺重丘區，山高谷深，特別是陜北地區，位于黃土高原，溝壑縱橫，這一特殊的地形地貌決定了必將修建更多的高墩大跨連續剛構橋梁。

1 工程概況

沮河特大橋是國家高速公路包頭至茂名線(G65)陜西境銅川至黃陵高速公路(銅川新區至何家坊段)在桃渠坡村跨越沮河的一座特大橋梁。

主橋上部為(85+3×160+85)m預應力混凝土連續剛構，下部主墩為薄壁空心墩、分隔墩為空心墩、樁基礎;引橋上部為40 m預應力混凝土連續箱梁，下部為空心墩、柱式墩、樁基礎;橋臺為柱式臺、肋板臺、樁基礎。

2 設計特點

主橋上部結構為(85+3×160+85)m預應力混凝土連續剛構，由一個單箱單室箱形斷面組成。箱梁根部高度9.8 m，跨中梁高3.5 m，其間梁高按1.8次拋物線變化。箱梁頂板寬16.65 m，底板寬8.65 m，頂板厚0.32 m，底板厚由跨中0.32 m 按1.8 次拋物線變化至根部1.2 m，腹板厚度分別為0.6 m和0.8 m，0號塊范圍內箱梁頂板厚0.5 m，底板厚1.4 m，腹板厚1.1 m。

0號塊箱梁內設置4道橫隔板，跨中設置2道橫隔板。橋面橫坡采用不同腹板高度予以調整。主橋箱梁除墩頂0號塊外，其余各單“T”箱梁均采用掛籃懸臂澆筑法施工，分19對梁段，即5×3.0 m+6×3.5 m+8×4.5 m 進行對稱懸臂澆筑。0號塊件長12.0 m，中跨合龍段長2.0 m，邊孔現澆段長3.85 m，邊跨合龍段長2.0 m。主梁采用豎、橫、縱向三向預應力體系。

3 設計體會

3.1 結構幾何尺寸的確定

梁高和跨徑的比值是影響主梁受力狀態的主要參數，適當增加梁高，可增加主梁剛度，改善主梁應力狀態。跨中梁高宜采用主跨跨徑的1/40～1/50，小跨徑取大值。根部梁高宜采用主跨跨徑的1/16～1/18。所以在設計時一定要保證足夠的結構幾何尺寸。沮河特大橋跨中梁高為3.5 m，根部梁高為9.8 m，分別為主跨跨徑的1/45.7 和1/16.3。

3.2 適當減小邊、中跨比

連續剛構橋邊跨與中跨比的確定首先取決于全橋的總體布置與自然條件的協調性，在此基礎上再考慮梁體內力分布的合理性與施工的方便。連續剛構橋邊跨和主跨比多集中在0.52～0.58之間。適當減小邊、中跨比可以降低邊跨現澆段的剪力，從而減小此段的主拉應力。本橋的邊中跨比例經優化后為0.53。

3.3 改善豎向預應力鋼筋的布置

以往連續剛構橋豎向預應力的布置在根部區段腹板厚的地方布置2排，在靠近跨中區段腹板窄的地方布置1排。

這種布置方式產生的問題是在腹板比較窄的地方，剪應力比較大，而豎向預應力又只布置1排，使得主拉應力進一步加大。特別是在腹板寬度變化處截面更加突出。

新橋規中規定，考慮到豎向預應力在施工時有難度、質量不能保證，對豎向預應力的效應系數乘以0.6。

因此本橋設計時考慮到豎向預應力可靠性、箱梁抗剪需要，對全橋長度內每側腹板均布置2排豎向預應力鋼筋，同時對豎向預應力的效應系數乘以0.6，使得主拉應力不至于由于施工等因素造成實際值與設計值偏差較大而造成箱梁腹板開裂。

3.4 合龍順序

邊、中跨合龍是控制全橋受力狀態及線形的關鍵工序，合龍工序和工藝必須嚴格控制，建議設計時給出詳細的邊、中跨合龍施工流程圖及合龍施工流程說明，以便施工者清楚設計者的意圖，方便施工。

連續剛構橋邊跨現澆段、邊跨合龍、中跨合龍應在結構處于穩定變形條件下和平衡狀態下進行，其目的是保證結構在施工階段避免受到不平衡荷載的不利影響。本橋采用的先邊跨、再中跨，最后次邊跨的順序進行合龍。

3.5 跨中預拱度的設置

收縮徐變對撓度的影響很大，要想準確的計算比較困難，所以在設計時可以適當增大跨中預拱度值，保證成橋后使用階段的主橋線型。

預拱度的設置應考慮以下幾方面的因素:

1)跨中的預應力度。2)結構、橋面鋪裝的超方。3)收縮徐變的影響。4)施工質量。

綜合以上各種因素的影響，跨中設置合適的預拱度值，且預拱度的設置宜大不宜小。

本橋是在按規范計算預拱度的基礎上，再根據以前大跨剛構橋在正常使用情況下產生的下撓值的統計經驗給出。其中跨中按160 mm計算，邊跨懸臂端按40 mm考慮，其余節點按余弦曲線計算。

3.6 頂推力的施加

連續剛構橋在懸臂施工中受梁段自身重量、掛籃變形、溫度變化、混凝土收縮徐變和預應力鋼束張拉等因素的影響，會產生較大變形，而且后期營運中混凝土的收縮徐變對其結構力學行為影響較大。由于混凝土的收縮徐變產生的主梁縮短而導致的主墩在運營期間向跨中方向傾斜，這不但影響橋梁美觀和行車舒適性，而且還使結構處于不利受力狀態。為了讓橋梁結構處于合理的受力狀態，常常在施工時施加水平頂推力使主墩向兩岸頂偏方式來抵消上述不利受力狀態，使橋梁在后期運營時達到理想線形和合理的受力狀態。頂推量的大小按照收縮徐變完成后的恒載狀態下，主墩墩頂位移基本為零的原則確定。實施頂推作業時，以主墩墩頂位移為主，頂推力為輔進行雙控。

經過計算，本橋在次中跨合龍時對兩個邊墩對稱施加200 t的水平頂推力以解決上述問題。

4 結語

連續剛構橋梁是我國西部地區橋梁建設中最基本的橋型之一。本文通過對沮河特大橋的設計，總結了大跨度連續剛構橋在設計中的一些注意要點，為橋梁設計人員提供參考。

［1］孫 飛.關于大跨連續剛構優化設計研究［J］.山西建筑，2008，34(25):324-325.

［2］大跨徑連續剛構設計指南條文［Z］.