支架現(xiàn)澆變截面連續(xù)梁橋設(shè)計要點探討

黃 峰，蘇小青

（1.中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司，湖北武漢 430074；2.中交城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，湖北武漢 430056）

支架現(xiàn)澆變截面連續(xù)梁橋設(shè)計要點探討

黃 峰1，蘇小青2

（1.中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司，湖北武漢 430074；2.中交城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，湖北武漢 430056）

支架現(xiàn)澆變截面連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)性能、景觀性均優(yōu)于預(yù)制裝配式梁橋，在城市橋梁中應(yīng)用較廣泛。基于支架現(xiàn)澆變截面連續(xù)梁橋設(shè)計實踐，對箱梁構(gòu)造、設(shè)計計算要點等進行了探討。

支架；現(xiàn)澆；變截面連續(xù)梁橋；溫度

1 橋跨布置及箱梁構(gòu)造

1.1 橋跨布置

從國內(nèi)外已建成橋梁統(tǒng)計分析得到，變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋邊、中跨比通常在0.5～0.8的范圍內(nèi)變化。由于支架現(xiàn)澆變截面連續(xù)梁橋與懸臂澆筑變截面連續(xù)梁橋在結(jié)構(gòu)受力上有一定的區(qū)別，支架現(xiàn)澆支承處負彎矩小于懸臂施工的彎矩值，跨中正彎矩大于懸臂施工的彎矩值。一般懸臂澆筑施工變截面連續(xù)梁邊、中跨比通常控制在0.55～0.65，而支架現(xiàn)澆變截面連續(xù)梁橋邊、中跨比通常控制在0.6～0.8，這樣可獲得比較合理的內(nèi)力分布。

梁高通常采用高跨比的形式表達，墩頂位置的高跨比通常控制在1／15～1／20的范圍內(nèi)，跨中梁高與墩頂梁高之比通常為1／1.5～1／2。由于墩頂剪應(yīng)力較大，根據(jù)相關(guān)文獻，目前已建變截面連續(xù)梁橋出現(xiàn)較多的梁體裂縫，裂縫往往首先發(fā)生在剪應(yīng)力最大的支座附近，與梁軸線呈25°～50°開裂，并隨時間的推移，不斷向受壓區(qū)發(fā)展。因此支點截面高跨比建議采用高限，確保橋梁安全，同時，對城市橋梁跨中截面取低限，梁底曲線采用拋物線或圓曲線均能取得較好的景觀效果。

1.2 箱梁構(gòu)造

箱梁橫截面布置形式主要與橋面寬度相關(guān)，常用的箱梁截面形式有單箱單室、單箱多室。大跨徑連續(xù)梁橋從經(jīng)濟性及施工考慮（特別是懸臂施工），宜使箱梁分室最少化。城市橋梁通常需要布置機動車道、非機動車道、人行道等導(dǎo)致橋面相對較寬，對中、小跨徑連續(xù)梁橋箱梁分室過少可能導(dǎo)致梁高與腹板厚度不協(xié)調(diào)，設(shè)計中較多采用單箱多室結(jié)構(gòu)。

箱梁頂板厚度宜取22～25 cm，底板厚度應(yīng)隨箱梁負彎矩的增大而逐漸加厚至墩頂，以適應(yīng)箱梁下緣受壓的要求。腹板厚度對截面正應(yīng)力、剪應(yīng)力和主拉應(yīng)力均有良好改善作用，但會增加箱梁自重。一般連續(xù)梁腹板厚度跨中不宜小于45 cm，支點截面附近不宜小于60 cm。中小跨徑變截面連續(xù)梁橋箱梁頂板優(yōu)先采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，為使頂板橫向配筋較為適宜，箱梁腹板凈距以不超過5 m為宜，頂板翼緣外懸2.5 m。

2 工程實例

2.1 工程概況

某縣跨河大橋橋跨布置為30 m+45 m+30 m的變截面連續(xù)箱梁。主橋橋面分為上、下行兩幅橋，單幅橋?qū)?8.5 m，每幅橋采用單箱三室箱截面，腹板形式采用直腹板。翼緣板懸臂長為2.5 m；支點梁高為2.8 m，跨中梁高為1.6 m箱梁底板曲線采用二次拋物線變化；頂板厚為0.25 m，底板厚度由跨中0.25 m向支點按二次拋物線變化成0.5 m；腹板厚度為0.45～0.6 m；翼緣板端部厚度為0.2 m，根部厚度為0.5 m。

2.2 縱向預(yù)應(yīng)力布置

全橋采用縱向布置的預(yù)應(yīng)力鋼束，均為腹板通常束，鋼束采用16Φs15.2鋼束，每個腹板布置6束，單幅主橋共計24束；波紋管采用D內(nèi)=90 mm金屬波紋管，錨具采用YM15-16，定位鋼筋選用Φ12，沿鋼束每0.5 m設(shè)置一道。

3 結(jié)構(gòu)計算

3.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及參數(shù)

設(shè)計荷載選用城-A級。主梁采用C50混凝土，預(yù)應(yīng)力采用低松弛鋼絞線。一期恒載主梁混凝土按照26 kN／m3根據(jù)實際截面計算；二期恒載為橋面鋪裝、防撞護欄、人行道等，匯總后重量為100 kN／m施加；其主要作用的梯度溫度影響力按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》第4.3.10條計算主梁梯度溫度；支座沉降按各支撐位置考慮沉降1 cm。

本橋采用橋梁博士V3.3和MIDAS2012兩種程序進行計算比較。對于橋博車道加載偏載系數(shù)取1.15，由此計算對單列車道荷載的綜合放大系數(shù)為0.67×1.15×4=3.082；沖擊系數(shù)：連續(xù)梁負彎矩效應(yīng)為0.253，正彎矩效應(yīng)為0.148。

3.2 主要計算結(jié)果

（1）主橋承載力極限狀態(tài)驗算（圖1）

圖1 最大抗力及對應(yīng)內(nèi)力圖（單位：kN·m）

（2）主橋正常使用極限狀態(tài)下正應(yīng)力驗算（圖2）

圖2 作用長期效應(yīng)組合上下緣最大最小應(yīng)力

圖3 作用短期效應(yīng)組合上下緣最大最小應(yīng)力

長期效應(yīng)組合作用下沒有出現(xiàn)拉應(yīng)力，約有5 MPa壓應(yīng)力儲備。短期效應(yīng)組合作用下僅支點處出現(xiàn)0.5 MPa拉應(yīng)力（未考慮支座寬度對負彎矩的折減，偏安全），滿足規(guī)范不大于1.855 MPa的要求。

（3）主橋正常使用極限狀態(tài)下主應(yīng)力驗算（圖4）

圖4 作用短期效應(yīng)主拉應(yīng)力

短期效應(yīng)組合作用下斜截面主拉應(yīng)力最大為0.9 MPa（未考慮支座寬度對負彎矩的折減，偏安全），滿足規(guī)范的要求。

3.3 計算要點

（1）溫度力的影響

對于連續(xù)梁橋而言，體系溫差不會產(chǎn)生次內(nèi)力。梯度溫度會產(chǎn)生自內(nèi)力以及次內(nèi)力。根據(jù)相關(guān)的文獻，溫度應(yīng)力裂縫最多，最常見的部位是支座附近和跨中。本橋計算多種荷載工況下的梯度溫度應(yīng)力如下（見表1）。

表1 荷載在支點和跨中產(chǎn)生的應(yīng)力對照表

計算結(jié)果顯示，梯度溫度效應(yīng)對結(jié)構(gòu)影響較大，設(shè)計時需嚴(yán)格按照規(guī)范考慮梯度溫度的作用。

（2）偏載系數(shù)的影響

作為平面桿系有限元程序，橋博在設(shè)計中應(yīng)用較廣。荷載增大系數(shù)一般采用1.15。本橋通過橋博經(jīng)驗法與MIDAS空間有限元計算相比較（見表2），結(jié)果表明采用經(jīng)驗系數(shù)偏安全。

表2 汽車荷載內(nèi)力對照表

4 結(jié) 語

（1）為使懸臂施工的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)受力合理，邊跨長度以不超過中跨跨徑的0.65倍為宜；而對于滿堂支架現(xiàn)澆施工的連續(xù)梁邊中跨比宜為0.65～0.8，一般配置通常束即可滿足要求，預(yù)應(yīng)力鋼束布置較簡單，同時也方便施工。

（2）對于中小跨徑的變截面連續(xù)梁橋，當(dāng)橋面較寬時，合理選擇橋梁橫截面類型，宜優(yōu)先采用單箱多室結(jié)構(gòu)，避免設(shè)置頂板橫向預(yù)應(yīng)力，增加施工工序。

［1］ 高吉才，金慶利.大跨徑PC變截面連續(xù)梁橋設(shè)計要點探討［J］.中外公路，2010，（12）.

［2］ 程翔云，尚春青.對箱型截面連續(xù)梁活載能力增大系數(shù)公式的評述［J］.公路，2000，（1）

［3］ 公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范（JTG D60-2015）［S］.

U442

C

1008-3383（2017）01-0115-02

2016-09-12

黃峰（1984-），男，湖北武漢人，工程師，研究方向：道橋。