高墩大跨度預應力混凝土連續剛構橋抗震設計探索

曾宗平，王曼君

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司)

1 工程概況及計算模型

1.1 工程概況

某一高墩大跨度預應力混凝土大橋在初步設計階段，上部結構選用140 +250 +140 連續剛構橋，中孔250 m 跨越主溝，如圖1 所示，技術指標見表1。在墩頂0#塊薄壁箱型墩薄壁對飲位置需要設置兩個厚度為2.5 m 的橫隔板，至于梁高，需要參照于室箱梁中心線，主梁應該利用單箱單式箱形截面，箱梁必須要按照三向預應力進行設計，橋段根部中心的梁高是14.0 m，高跨比為1/17.8，跨中中心梁高為5.0 m，高跨比為1/50，箱梁頂板寬10.0 m，底板寬5.0 m，翼緣板懸臂長2.5 m，0#塊以外箱梁高度由14.0～5.0 m 按1.8 次拋物線變化。箱梁底板厚度從跨中向支點由0.32～1.3 m 按二次拋物線變化;箱梁頂板厚度正常段為0.28 m，橋墩支點附近由0.28～0.45 m 線性變化;腹板厚分為40 cm、70 cm和100 cm 三種，腹板厚度變化均在同一個梁段內完成，并按線性變化。

表1 技術指標

1.2 計算模型

利用了ANSYS 軟件，建立了剛構橋的有限元模型，建模過程中還指梁段的施工階段的劃分，產生共計295 全橋節點和294 個單位。梁C50，彈性模量E=3 145 ×104MPa 的混凝土強度等級，采用C40混凝土橋墩，彈性模量E=3 125 ×104MPa。

2 高墩大跨度預應力混凝土連續剛構橋上部結構抗震設計

2.1 施工材料的設計與選擇

上部和下部結構之間的支座可以設計得只允許上部結構轉動，或也可以允許在一個或幾個方向平動。采用支座的最大優點是上部結構不受到通過墩柱傳來的地震運動。正因為這樣，對于抗彎連接的上部結構截面形式可以選擇的做法就不合適了。本工程預應力錨具采用VLM15 (或HVM15)系列，其技術條件必須符合JT/T329－1997 的規定。配套千斤頂采用YDC(或YDCN)系列。預應力管道采用預埋金屬波紋管。橋面防水采用HM1500 無機材料防水層。橋面鋪裝層采用9 cm 厚瀝青混凝土。混凝土材料采用梁部采用30、29.588、30.036 預應力簡支箱梁，50 m 預應力簡支T 梁采用50 號混凝土。現澆層采用預應力簡支箱梁、T 梁現澆層及濕接縫、橋面連續采用40#鋼纖維防水混凝土。水泥采用硅酸鹽水泥或普通水泥以及礦渣水泥。公稱面積140 mm2，預應力束由3～12 根15.24 鋼絞線組成。鋼筋采用I、II 級鋼筋，其技術條件必須符合規定。鋼板采用低碳鋼(Q235 鋼)，其技術條件必須符合規定。

2.2 抗震設計分析

(1)主梁橫斷面

混凝土主梁采用C40，人行道、橋面鋪裝、欄桿C25。鋼筋采用直徑≥12 mm 采用HRB335 級鋼筋。直徑＜12 mm 采用HPB235 級熱軋光面鋼筋簡支箱梁主梁間距為2.8 m，其預制寬度為2.20 m、2.35 m 兩種(外梁為2.35 m)，翼板及橫隔板間留有0.6 m 濕接縫。箱梁腹板厚0.15～0.25 m，箱梁底板厚0.16～0.25 m，頂板厚0.1 m。T 梁主梁間距為2.417 m，其預 制寬 度 為1.80 m、1.90 m 兩 種(邊 梁 為1.90 m)，翼板及橫隔板間留有0.617 m 濕接縫。T 梁肋板厚0.20 m，馬蹄寬0.54～0.64 m。

(2)主梁橫隔板

30 m、29.588、30.036 簡支箱梁僅在梁端設一道端橫隔板。L=50 m 簡支T 梁，一共進行9 道橫隔板的設置，至于橫隔板的連接方法，建議采用現澆濕接縫的方法，這樣可以確保梁的整體性。

(3)支座

采用GYZ 板式橡膠支座，其技術條件必須符合JT/T4－93 的規定。

(4)伸縮縫

建議采用80、160 型淺埋式型鋼伸縮縫，其技術條件必須符合JT/T327－1997 的規定。簡支梁采用橋面連續結構。

橋面泄水管的設置應按每1 cm2泄水面積排400 cm2橋面水的要求設置。在預制外梁翼緣板時應予考慮預留孔洞。

2.3 施工要點設計

預應力鋼束張拉的控制噸位及應力見表2，預應力鋼絞線的張拉通過張拉力與伸長值一同進行控制，具體的規范要根據目前正在實行的《公路橋涵施工技術規范》來執行。此外，還需要注意以下幾個方面的內容:首先，是對于梁體混凝土的要求。要求其一定要達到85%的強度以后才可以進行預應力的施加;第二點，是對于養護時間的規范，要求養護時間一定要大于4 d。第三點，張拉的順序一定要根據設計圖的相關要求進行，一定要對稱張拉。

表2 預應力鋼束張拉控制力表

筒支梁在張拉的時候。應該實時的關注橋梁拱度的變化情況，在張拉的過程當中，彈性上拱值和計算值根據±15%進行控制。當張拉結束以后應該第一時間進行封錨，為了避免預制梁上攻太大，導致太大的收縮差的產生，存梁期切記不能過長，按1～3 個月控制，預制T 梁在鋼束張拉完成時，上拱度計算值如表3。

預制梁時應在底模上設置向下的二次拋物線反拱，預制梁梁頂線形與梁底線形一致。為了能夠避免同跨與相鄰跨預制梁之間高差太大，對于相同跨橋的不同位置的預制梁的存量時間要盡量保持一致，同時，相鄰跨的預制梁的存量時間也應該盡量的接近。

需要注意的是，對于預制主梁梁頂與翼板及橫隔板往端部等和現澆混凝土連接的位置的混凝土表面一定要進行鑿毛、沖洗處理。這樣一來，就能夠確保新混凝土和老混凝土能夠有效的結合在一起，當設計的強度已經達到百分之八十五以后，并且已經進行壓力擴散以后，才可以在橋梁上運梁。

表3 箱梁、T 梁撓度值 mm

在曲線加寬處梁和邊梁，梁重稍增，且不對稱，吊裝時要采取措施防止傾覆。同時在存梁和運梁時支點必須在理論支承線處，防止梁的開裂。

3 高墩大跨度預應力混凝土連續剛構橋下部結構抗震設計

3.1 下部結構設計

簡支梁和剛構邊墩采用雙柱式橋墩，樁基頂采用系梁連接。剛構主墩為雙薄臂墩，薄臂墩中心間距為570 cm，橫向尺寸同箱梁底寬為850 cm，縱向為130 cm，承臺高為350 cm，橫向X 縱向為1 280 ×1 120 cm，8 根樁基，梅花形布置。

表4 主要尺寸及單樁樁頂設計軸向力

3.2 施工方法

樁基全部采用沖孔成孔，再灌注混凝土。剛構在橋墩處搭設施工平臺，樁基采用鋼護筒護壁，承臺采用吊箱施工，在澆注承臺時先澆注15 cm 封底混凝土，薄臂墩采用在承臺上搭設支架滑模等有效施工方法進行施工。

4 結束語

橋高墩大跨度預應力混凝土連續剛構橋的設計是一個系統全面的設計過程，每一個過程的設計都需要豐富的專業知識和嚴謹的治學態度。首先根據所給設計資料選擇橋式并擬定全橋細部尺寸，然后運用邁達斯程序求解內力并進行橋梁各部的設計與檢算，從整體到局部，再從橋梁的上部結構到下部結構。本橋的設計已基本達到預期的結果:橋式的選擇滿足設計規范與要求;全橋各部結構尺寸符合設計規范要求;結構的力學檢算滿足設計規范要求。

［1］徐賢昭，董繼恩，王欣南.石佛溝特大橋抗震特性探討.中外公路，2010，(5):34－35.

［2］靳志剛，左德中.大跨度預應力混凝土連續剛構橋合理邊中跨比研究.交通科技，2010，(3):77－79.

［3］王立峰，孫勇，王子強.結構參數對剛構——連續組合梁橋動力特性的影響分析.東北林業大學學報，2010，(6):54－57