大跨度連續梁橋支架現澆設計

陳彥彬

(鄭州市市政工程勘測設計研究院廣州分院，廣東廣州510640)

1 工程概述

三亞市海棠灣A8片區1號大橋跨徑組合為45+ 76+45=166 m, 頂板寬24 m, 主梁采用單箱三室預應力混凝土箱梁斷面, 梁底緣曲線均為二次拋物線變化。根據現場條件及施工工期安排, 擬采用支架現澆的方式。

1.1 主梁構造

上部結構采用(45+76+45)m滿堂支架分段現澆預應力混凝土箱梁結構，箱梁為單箱三室，箱梁頂寬24 m，底寬17 m，懸臂3.5 m。箱梁橫向采用雙向1.5 %橫坡，橫坡通過

箱梁腹板高度調整。

箱梁支點粱高4.6 m，跨中梁高2.2 m；頂板厚度0.28 m；腹板厚0.5 m，施工縫處腹板加厚段厚度為0.85 m；翼板懸臂長度3.5 m，截面采用二次折線變高，根部高度0.65 m，根部往外1.2 m處高度0.3 m，端部高度0.18 m。

箱梁中墩頂設一道橫隔梁，厚度為2.2 m；邊跨支點設端橫梁一道，厚度為1.5 m。

箱梁采用C50預應力混凝土，按全預應力結構設計。

橋梁截面如圖1所示。

圖1 連續梁中支點及跨中截面

1.2 主梁預應力

縱向預應力的設計是與施工工況相結合的，(45+76+45)m連續梁采用單向預應力體系，即縱向預應力。頂板縱向預應力鋼束采用17φ15.2鋼絞線，為T1～T5鋼束，每個鋼

束設置12束，采用M15-17錨具；腹板預應力鋼束采用19φ15.2鋼絞線，為F1～F7鋼束，每個鋼束設置8束，采用ML15-19接長器接長；中跨底板采用15φ15.2鋼絞線，為ZB1～ZB5鋼束，每個鋼束設置6束；邊跨底板采用8φ15.2鋼絞線，為BB鋼束，鋼束設置8束。

圖2 連續梁縱向預應力布置

主梁縱向預應力布置見圖2。

2 橋梁施工技術

連續梁現澆施工一般采用懸臂澆筑和支架法現澆兩種施工方法。對大跨度連續梁，支架法現澆相比懸臂澆筑施工工期大大縮短，在懸臂澆筑施工不能滿足工期要求且有條件實施支架法現澆施工的情況下可以采用支架現澆施工。支架現澆施工比懸臂施工要簡單，線形控制要容易。全橋共劃分3個梁段，A1段長度100 m，兩個A2段長度均為33 m(圖3)。

圖3 連續梁施工布置

2.1 施工步驟

(45+76+45)m預應力混凝土箱型連續梁全長166 m，支架現澆施工可分為基礎處理、支架搭設、安裝模板、綁扎鋼筋、混凝土澆筑、預應力張拉、支架拆除等工作。

(1)橋墩施工完畢后，進行支架基礎處理，在中墩兩側搭設鋼管混凝土勁性支架，并進行預壓。安裝施工模板，綁扎鋼筋，在支架上澆筑混凝土施工A1梁段。養護、待混凝土強度及彈性模量達到100 %且混凝土齡期不小于7 d時，張拉本階段預應力鋼束。

(2)在支架上澆筑混凝土施工A2梁段。養護、待混凝土強度及彈性模量達到100 %且混凝土齡期不小于7 d時，張拉剩余預應力鋼束。

(3)拆除所有支架，存梁60 d，進行橋面系的鋪設。

2.2 支架施工要求

(1)支架的布置及受力驗算。確定支架平面位置，并對所有構件進行嚴格的檢查。注意承載構件保證垂直，起整體聯系作用的水平拉桿、剪力撐搭設位置的準確、牢固。支架的設計驗算包括穩定性檢算、強度檢算和剛度檢算幾個方面。另外還需嚴格檢算地基承載力，根據具體情況進行地基處理。

(2)支架的預壓。為確保安全，需對支架進行預壓，預壓重量為澆筑混凝土梁段重的125 %，以檢驗支架以及地基的承載強度和穩定性。

3 計算荷載

3.1 永久作用

(1)一期恒載。一期恒載包括結構自重。預應力混凝土容重考慮含筋量后取26.0 kN/ m3；瀝青混凝土密度取25.0 kN/ m3。

(2)二期恒載。二期恒載為護欄、泄水管、整平層、橋面鋪裝及過橋相應管線，按190 kN/ m計(已包括人行道扶手欄桿1.2 kN/ m的豎向荷載)。

(3)混凝土收縮徐變作用。按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG D62-2004)取值；計算中分別考慮施工階段、成橋時刻、使用10年時的收縮徐變對結構的影響指導設計。

(4)基礎變位作用。橋墩沉降按10 mm考慮，取最不利工況組合。

3.2 可變荷載

(1)汽車荷載。荷載等級：城市-A級，縱向計算采用車道荷載加載，按雙向四車道考慮；沖擊系數：μ=0.05(結構基頻f=0.99 Hz)。

(2)人群荷載。人群荷載標準值：2.71 kN/ m2。

(3)整體溫度作用。按結構整體升溫20℃、降溫20℃計算。

(4)梯度溫度作用。橋面鋪裝為10 cm的瀝青混凝土面層，豎向日照正溫差按照《公路橋涵設計通用規范》(JTJ D60-2004)表4.3.10-3取值，即T1=16.4℃，T2=5.98℃；豎向日照反溫差為正溫差乘以-0.5。

(5)制動力。按照汽車重力荷載的10%選取，根據《通用規范》進行橫向折減。只考慮同向車道： (10.5×166+360)×10%×2=420.6 kN。

4 結構計算

4.1 計算模型

整體結構分析模型采用有限元分析軟件進行結構分析，所有構件均以梁單元進行模擬。根據設計及結構分析的需要，全橋離散為386個單元，439個節點，見圖4～圖6。

圖4 整體模型三維視圖一

圖5 整體模型三維視圖二(鈍化樁基)

圖6 成橋邊界示意

4.2 計算結果

4.2.1 預應力梁混凝土、預應力鋼束應力及鋼材應力容許值

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTJ D62-2004)的規定,各階段構件截面邊緣混凝土的應力應滿足表1要求。

表1 預應力梁混凝土C50應力容許值

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTJ D62-2004)第7.1.5條的規定,未開裂構件受拉區預應力鋼筋的最大拉應力應滿足下列要求：

σpe+σp≤0.65fpk=1 209 MPa

4.2.2 梁部縱向計算

本橋主梁計算按全預應力設計，各項計算結果見表2。

表2 梁部縱向計算結果

注:表中應力壓為“+”,拉為“-”。

4.2.3 主梁剛度檢算

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG D62—2004)第6.5.3條的相關規定，受彎構件在使用階段的撓度應考慮荷載長期效應的影響。本橋主梁采用C50混凝土，其撓度長期增長系數ηθ=1.425。在消除結構自重產生的長期撓度后，主梁的最大撓度不超過計算跨徑的1/600。主梁在消除結構自重產生的長期撓度值見表3。

表3 主梁正常使用極限狀態撓度驗算

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》 (JTG D62—2004) 第6.5.5條的相關規定，經計算，箱梁在預加應力產生的長期反拱值大于按照荷載短期效應組合計算的長期撓度,不需設置預拱度。

4.2.4 支座反力

支座反力見表4。

表4 支座豎向反力

續表4

注：本表所示豎向支反力壓力為“-”，拉力為“+”。

5 結束語

本文通過(45+76+45)m變截面連續箱梁支架現澆設計，對設計過程中的梁部結構構造、施工方案、計算荷載、計算結果等進行了詳細的介紹。計算表明，合理的邊中比可以使結構更加合理，也使鋼束布置更為簡單。同時，支架現澆與掛籃懸臂澆筑設計相比，具有以下幾個特點。

(1)由于連續梁支架現澆與掛籃懸臂澆筑施工工藝不同，所以設計過程中預應力束的布置、施工工況、節段施工順序和施工方法都完全不同，結構受力也有所不同；施工過程中邊界條件是有所不同的，但是體系轉換結束后邊界條件是相同的。

(2)支架現澆與掛籃懸臂澆筑施工相比，結構尺寸、荷載及荷載組合是相同的，但是施工過程中的荷載大小和加載順序是不同的。

(3)支架現澆與掛籃懸臂澆筑施工相比，支架現澆施工工期將會大大縮短、施工方法相對簡單、線形控制更加容易、梁體外觀相對美觀，所以在橋墩較矮、交通方便、地形條件比較好的情況下，大跨度連續梁橋可以多考慮采用支架分段現澆施工。