連續剛構橋箱梁設計要點分析

韓百成

（貴州省建筑設計研究院有限責任公司，貴州貴陽550001）

連續剛構橋箱梁設計要點分析

韓百成

（貴州省建筑設計研究院有限責任公司，貴州貴陽550001）

針對目前連續剛構橋箱梁設計過程中存在的問題，以實際案例分析連續剛構橋箱梁結構的設計特點，并提出具體問題的設計要點。結果表明，連續剛構橋箱梁設計效用，要根據工程所處的地質氣候條件來進行有效控制。

連續剛構箱梁；掛籃結構；主梁合攏段設計；鋼絞線管道摩阻系數

0 引言

連續剛構橋箱梁是作用于大跨徑橋梁工程設計建設的結構形式。其實際設計過程不僅要保證結構的無體系轉換、無大型支座結構以及順橋向抗推剛度小等目標，還要注重溫度、材料參數指標和掛籃結構的作用效果。基于此，設計建設人員應在明確連續剛構橋箱梁設計特點的前提下，找出具體設計效用控制的方法要點，其目的是為相關建設人員提供一些理論依據。

1 工程概況

平壩東外環連續剛構橋工程位于貴州省安順市平壩區，是一種將墩身與連續主梁固結而成的橋梁。該橋梁全長約為2.3km，寬28 m,分左右兩幅，設計時速為80 km/h，且涉及的橋梁項目總投資高達6億元，其中主橋為5跨連續剛構55 m+ 3×100 m+55 m=410 m，其建設目標為進一步推進兩地基礎設施建設，促進地區的互聯互通。高架橋梁效果見圖1。

圖1 高架橋效果圖

2 連續剛構橋箱梁設計特點

連續剛構橋是在連續梁橋和T型剛構橋基礎上發展起來的大跨徑橋梁，其設計效果要具有跨越能力強、伸縮縫設置少、行車舒適性高以及平順度好等特點。此外，在實際建設使用過程中，施工還要實現無體系轉換、無大型支座，順橋向抗彎、順橋向抗推剛度小、橫橋向抗扭剛度大、充分適應溫度環境和地震影響以及混凝土收縮徐變等目標。由于連續剛構橋箱梁結構的設計充分融合了連續梁和T型剛構橋的作用優勢，因此其能夠適用于地質條件惡劣的建設環境。這里指的地質條件惡劣情況包括：深谷、流域以及急流橋梁建設位置等。然而，近幾年，在對高墩、大跨度連續剛構橋進行設計建設的過程中，存在一系列的結構設計和施工管理控制方面的問題缺陷。因此，為避免平壩東外環連續剛構橋工程因結構設計問題出現設計成橋狀態與施工成橋狀態不一致現象，相關人員應加大箱梁設計要點的研究力度，從而預防橋梁工程因受力不均勻而出現不同程度的病害影響[1]。

3 連續剛構橋箱梁設計要點分析

M id a s C i v i l計算模型見圖2。

圖2 Midas civil計算模型

3.1 箱梁主要結構設計

就目前來說，連續剛構橋梁的主梁施工大多采搭架現澆的施工方法，這就意味著施工人員在進行實際操作時，要加強對空洞轉角位置的處理。此過程，施工人員還要根據工程成橋的設計要求以及具體情況，來實現橋墩彈性壓縮量的正對性分析和有效處理。值得注意的是，在對橋梁工程的橋墩墩頂進行施工建設時，要在標高位置上留出預抬值。而且，在澆筑混凝土施工前，要進行預壓支架工作，以防止非彈性變形問題的出現[2]。

3.2 主梁合攏段設計

在對連續剛構橋梁的主梁合攏段進行實際設計的過程中，設計人員要充分考慮設計溫度與實際施工環境溫度的差異。對于不可避免的設計與實際環境溫度差異問題，設計人員必須對其進行處理控制，以提高結構設計的作用穩定性。此外，在對主梁單邊合攏進行設計時，設計人員還要控制好主梁懸臂配重及其平衡問題。如果發現實際情況與相關標準存在不符問題，設計人員必須對其進行對應的修正與改進。以平壩東外環連續剛構橋工程為例，設計人員在設計實際建設溫度時，應考慮工程所在地區的晝夜溫差較大給結構穩定性帶來的影響，從而提高主梁合攏段建設使用的效果。此外，主梁合攏段設計人員還應考慮到環境可能對骨架作用帶來的影響，即可通過計算提出預埋件與鋼絞線的張拉要求[3]。

3.3 材料參數確定

連續剛構橋箱梁設計人員要確定材料參數過程中，要根據其與結構內力存在的作用關系作為依據。具體來說，設計人員要對橋梁鋼絞線的力學參數以及混凝土材料性能進行檢測，以實現設計材料的性能指標滿足結構應用要求。這里指的檢測內容有：特性容量、混凝土收縮徐變特性參數、彈性模量以及鋼絞線的管道摩阻系數等。

3.4 結構變形控制

在對連續剛構橋箱梁進行設計建設過程中，變形問題控制是實現結構設計應用目標的關鍵，因此，設計人員應提出測量人員采用主梁截面測量與柱墩壓縮變形測量兩種方式，來優化箱梁結構的作用環境。《J T G D62-2004》第6.5.3條規定，受彎構件在使用階段的撓度按短期荷載效應組合并考慮荷載長期效應的影響。本橋采用C50混凝土，結構撓度長期增長系數ηθ＝1.425，消除結構自重產生的長期撓度后，主梁的最大撓度不應超過計算跨徑的1/600，見表1。

為保證這兩種測量技術應用的精確性，設計人員要設置變形測量觀測點與控制點，來規避結構變形問題的出現。值得注意的是，設計過程中，觀測點兩側無需對稱，且設置在箱梁腹板橋面板位置最為適用。值得注意的是，為了確保結構變形檢測數據獲取的準確有效性，設結構設計人員要嚴格控制梁端高度與觀測鋼筋的拉伸程度。

表1 結構變形控制

3.5 掛籃結構設計

為保證連續剛構橋箱梁施工檢測的準確性，施工管理控制人員可通過掛籃加載的試驗方法來進行實現。相關研究表明，該試驗方法的應用還能有效防治掛籃結構作用發生非彈性變形。具體來說，相關人員要根據橋梁工程施工所處的環境，來確定掛籃加載的試驗方法。據統計，只要對工程主梁尺寸與掛籃作用力之間的關系進行準確分析，就能判斷出主梁施工實際的變形情況和受力情況。對于掛籃懸臂的結構設計，設計人員可根據局部驗算結果，來判斷掛籃設計的布局位置。例如，對于箱梁后錨點的設計，最好使其上通至箱梁頂板上，這是降低該區域拉應力的有效設計內容。掛籃結構設計確定的安裝順序見圖3。

圖3 連續箱梁掛籃結構安裝順序示意圖

3.6 預應力設計

對于主橋箱梁的預應力設計來說，設計人員應采用三向預應力結構設計。其中縱向預應力采用用M15－19、M15－16以及M15－12鋼絞線；豎向預應力確定采用高強精軋螺紋粗鋼筋，即精度要求為32 mm；而頂板橫向預應力則應選擇B M15－3鋼絞線。對于頂板、后期跨中底板與邊跨底板縱向預應力采用M15－19鋼束，設計布置時，人員要保證鋼束的平彎段與鋼束的豎彎段不在同一區間完成，遠離腹板鋼束需較快平彎至腹板內側。這樣一來，結構就能使鋼束易于定位以及為實際的施工建設提供便利且。對于平彎鋼束的設計，人員要考慮鋼束與錨固截面鋼束的空間位置，以避免錨固位置鋼束的錨固墊板與預應力管道相沖突。此外，腹板內彎索僅需要進行豎向彎起，腹板彎索摩擦損失較大，預應力效率低。因此，箱梁結構預應力設計人員應采用M15－16鋼束，且在豎向預應力鋼筋沿橋軸向每0.5 m布置一根[5]。在此情況下，結構設計作用就能保證與橫向預應力鋼筋位置不沖突。值得注意的是，由于短鋼筋的預應力損失較大，設計人員可在邊跨部分箱梁梁高較小的節段未進行布置。

4 結語

經上述研究過程，連續剛構橋箱梁設計應根據如下結果進行結構建設：

（1）針對連續剛構橋箱梁作用于大跨度工程，設計人員要明確無體系轉換、無大型支座以及順橋向抗推剛度小等目標要求。

（2）針對連續剛構橋箱梁結構的預應力設計要求，設計人員可采用三向預應力結構形式，來提高其作用穩定性。

（3）針對工程實際設計過程中出現成橋狀態與施工成橋狀態不一致問題，設計人員可通過測量以及試驗方法，來降低相關的結構設計誤差。

[1]張開洪,張奔牛,閆果,等.大跨度連續剛構橋梁應力、撓度和裂縫實時監測系統研究[J].重慶交通大學學報(自然科學版),2010(4): 521-524,619.

[2]文正高.關于連續鋼構橋施工控制技術的探討[J].中國水運(下半月),2013(7):257-258.

[3]董香軍,侯宏偉.新型結構形式連續鋼構橋結構設計淺析[J].中外建筑,2014(9):152-154.

[4]王靜.連續鋼構橋成橋荷載試驗實施方案研究[J].中國安全生產科學技術,2011(8):93-97.

[5]郭懷俊,施召云.連續鋼構大橋箱梁底板混凝土剝落加固處理[J].云南水力發電,2015(1):81-83.

U448.23

B

1009-7716（2017）06-0099-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.028

2017-03-08

韓百成（1980-），男，江蘇宿遷人，高級工程師，從事道橋專業設計工作。