預應力混凝土連續剛構橋的設計探討

尚 羽

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司)

1 預應力混凝土連續鋼構橋結構特點

(1)有利于大幅度地減少大型橋梁支座、橋墩的量，從而實現施工成本的進一步降低。(2)連續鋼構橋綜合了連續橋梁和T 型鋼構橋的受力特點，有利于減少混凝土的徐變、收縮以及溫度變化問題。(3)與同徑同跨度連續橋梁相比較，連續鋼構橋的跨中區域正彎矩更小。

預應力混凝土連續鋼構橋結構設計難點主要在于:該橋梁型式主要使用懸臂澆筑的施工技術，這就導致后期撓度會大幅度地超過設計預期數值，而一旦橋梁跨中撓度過大，極易導致橋梁頂板裂縫、底板裂縫等現象的出現，不利于橋梁的整體安全性。因此，在進行橋梁設計時，必須要重視其結構的使用性能、耐久性以及安全性問題。

2 實例分析預應力混凝土連續剛構橋的設計

2.1 工程概況

本預應力混凝土連續剛構橋為某高速公路跨越黃河所設，該區域河床寬為600 m，河谷呈U 形谷。橋梁分左右幅，橋面凈寬為2 m。設計防洪標準是300 年一遇洪水，地震基本烈度Ⅵ度。

2.2 橋梁結構設計

該橋主橋的上部結構使用的是80 +4 ×150 +80 m 預應力混凝土連續剛構。

(1)上部結構設計

上部結構使用直腹板預應力混凝土箱梁，箱梁為單箱單室斷面，采用縱向、豎向以及橫向預應力混凝土結構，箱梁頂面、底板橫坡和路線橫坡相同。箱梁頂寬為13 m，底寬為7 m，懸臂長3 為m。合攏段處箱梁中心高度是3.5 m，頂板的厚度與底板的厚度均為0.3 m;0 號塊的中心高度為9 m，頂板的厚度與底板的厚度分別為0.8 m、1.5 m;由懸臂端至0 號塊根部箱梁的高度按照變化，底板的厚度按照變化，上式中x 代表的是計算截面與懸臂端的距離。

該橋梁的主梁按照三向預應力進行設計:①縱向預應力使用的是鋼絞線型號分別為Фs15.2－ 8、Фs15.2－ 17 以及Фs15.2－25，采用塑料波紋管成孔，兩端張拉，錨具為OVM 群錨體系。②橫向預應力使用的鋼絞線型號為Фs15.2－2，采用鍍鋅金屬波紋管成孔，單端張拉，錨具為BM15－2 扁錨體系。

(2)下部結構設計

該主橋的下部結構設計為雙肢實心墩，1～5#主墩的墩高如下所示:1#為103 m、2#為105 m、3#為112 m、4#為115 m、5#為88 m。

對雙肢墩不同間距進行計算后，確定主墩的縱向總寬度10 m，橫向寬度7 m。1#和5#橋墩順橋向單肢厚度為2.2 m，2～4#橋墩順橋向單肢厚度為2.5 m;1～4#墩承臺以上50 m內使用變截面，單肢厚度縱橋向從2.2 m 變為5.2 m，橫橋向從7 m 變為11 m，墩底布設高為4 m 的整體實心斷面。5#墩承臺以上45 m 內使用變截面，單肢厚度縱橋向從2.2 m變為5 m，橫橋向從7 m 變為10.6 m。此外，為了調整各個主墩的抗推剛度，2～4#墩間布設3 道1 m 高的系梁，1、5#墩間布設1 道1 m 高的系梁。

2.3 結構靜力計算分析

(1)構建模型

當前，根據數據調查顯示，橋梁的支點梁高和跨度之比應保持在1/16～1/18，本工程設計為1/16.7;跨中梁高通常處于支點梁高的1/5～1/2，本工程設計為1/2.6。總的來說，設計取值具備科學性與合理性。現使用MIDAS/Civil 構建全橋模型計算，橋面板的計算依據單向板與懸臂板進行，特殊部位則是使用空間實體單位進行分析，主梁依據全預應力構件進行設計。如下圖2 所示即為全橋模型。

(2)上部結構靜力計算

①據計算，本橋主梁的各部位在施工過程中的最大拉應力為σ'cc=0.3 MPa，未達到限制0.7f'tk=1.73 MPa;最大壓應力為13.9 MPa，未達到限值0.70f'ck=22.365 MPa，滿足要求。②在短期效應組合作用下，主梁的最大主拉應力達到了1.0 MPa，但是依舊未超過限值0.4ftk=1.11 MPa，因此，斜截面的抗裂達到要求。③在標準值組合作用下，主梁的最大壓應力達到16.1 MPa，小于限值0.5fck=17.75 MPa，滿足規范要求。④在標準值組合作用下，主梁的最大主壓應力達到15.5 MPa，未超過限值0.6fck=21.3 MPa，達到要求。⑤撓度長期增長的活載作用下，最大靜撓度達到45.2 mm，未超過撓度限值150 000/600=250 mm，達到要求。

(3)主墩計算及截面選擇

根據本橋橋址位置現狀條件下，橋位河段冰期出現封凍、壅冰的可能性應較小。一般冬季只流凌，每年凌汛期，河段內會有大量的水內冰，冰塊沖擊橋墩，會對橋墩產生一定的沖撞。設計初期考慮凌汛期冰塊的影響，橋墩采用空心薄壁墩，墩身上部采用雙薄壁墩，下部1/2 高度截面采用變截面空心墩，設計水位以下部分采用實體段并在橋墩上游一側設計了分水尖。經計算1#、5#邊墩墩底彎矩較大，墩底截面配筋驗算通不過。后期除設計水位以下為實體截面，墩身整體調整為變截面雙薄壁墩，通過采用雙薄壁墩降低了墩身順橋向厚度，降低了順橋向墩身剛度，同時也提高了墩身橫橋向墩身剛度，從而迅速減小了溫度產生的順橋向墩身荷載效應，對邊墩效果更明顯。橋墩墩底截面內力結果見表1。

表1 橋墩墩底截面內力

由表1 結果可以看出調整后的雙薄壁墩墩底彎矩較之前采用的空心墩降低10%左右，軸力和剪力變化相對較小，由于墩底彎矩為控制橋墩配筋的控制因素，因此選用合適的截面對于剛構邊墩的受力影響很大，但是墩身厚度同時受截面應力狀態和穩定性的限制，存在一個低限。在實際工程設計中，要通過不同截面形式的橋墩計算進行比較，選取最合適的斷面進行設計。

3 結 語

綜上所述，因為高速公路極易受到地形地貌、地質條件以及路線高程的限制，同時由于免去了后期支座維護等因素的影響，預應力混凝土連續鋼構橋結構在山區高墩橋梁中得到了較為廣泛的應用。在進行預應力混凝土連續鋼構橋的建設時，必須重視其設計工作，做好結構靜力的計算，以確保工程施工安全與運行可靠。

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