V墩連續(xù)剛構梁橋的設計與施工難點探析

陳為高

(湖南省公路設計有限公司重慶分公司，重慶 400060)

V墩連續(xù)剛構梁橋的設計與施工難點探析

陳為高

(湖南省公路設計有限公司重慶分公司，重慶 400060)

總結了V墩連續(xù)剛構梁橋的結構特點，總結了其結構優(yōu)勢和存在難點。分析了V墩連續(xù)剛構橋的設計要點和關鍵設計參數的取用原則，同時探討了V墩剛構橋施工中的V型墩施工和合攏施工兩個關鍵難題，給出了相關施工與監(jiān)控建議。

V墩；連續(xù)剛構橋；合攏；設計要點；施工難點

1 前 言

V墩連續(xù)剛構橋在我國近年受到設計者的廣泛青睞，有諸多型式優(yōu)美、構造輕盈的V型連續(xù)剛構橋梁建設于城市及山區(qū)環(huán)境中。連續(xù)剛構橋在繼承連續(xù)梁橋上部結構受力特點的基礎下，通過墩梁固結的方式，利用墩柱結構釋放墩頂負彎矩，從而利用墩柱的柔性實現更好的受力，因此連續(xù)剛構橋梁具有比連續(xù)梁橋更大的跨越優(yōu)勢。V型墩連續(xù)剛構橋梁則進一步減少了主跨跨徑，同時消弱墩頂負彎矩峰值，一定程度上，具有受力合理、構造輕盈、外形美觀等優(yōu)勢，因此得到大量應用。

V墩連續(xù)剛構橋相比于薄壁墩連續(xù)剛構橋具有可比性的經濟造價，且能夠降低墩柱內力的分配。隨著我國橋梁建設的大發(fā)展，各種不同的橋梁型式都在嘗試設計應用，隨著景觀設計越來越受到重視，V墩連續(xù)剛構橋梁將會得到更加廣闊的發(fā)展。論文詳細介紹V墩連續(xù)剛構橋梁的結構特點，從而總結其設計要點和施工難點，并提出相關應對措施和解決方法，以期推進V墩連續(xù)剛構橋在我國的設計應用。

2 V墩連續(xù)剛構橋結構特點

(1) V型墩縮短了橋梁主跨，降低主跨正彎矩，從而降低主梁梁高，節(jié)省材料。與豎直墩的連續(xù)剛構橋或者連續(xù)梁橋相比，有效減弱了主梁中墩頂部區(qū)段的負彎矩峰值，同時降低了墩柱的彎矩受力。墩柱的受力以承受軸向壓力為最優(yōu)，V型墩則通過將彎矩最大程度轉換為軸力，改善了墩柱受力性能。

(2) V墩連續(xù)剛構主梁高度的降低，可以有效降低橋面標高，從而有利于橋頭引道縱坡緩和，有利于城市道路非機動車輛及行人的使用，同時較低的結構建筑高度也可以非常有效地減少橋頭引道的工程規(guī)模。

(3) 從結構景觀上，V墩型式結構輕盈，線條優(yōu)美，橋型剛勁有力又不失柔美，對于景觀要求高的城市橋梁選型提供了一個較好的比選橋型方案。

(4) V型墩連續(xù)剛構橋適合分段預制吊裝，也適合掛籃懸臂施工，可選的施工方法較多，且由于其本身的墩梁固結特點，在懸臂掛籃施工中不需進行體系轉換，簡化施工工藝，使得結構受力更加明確，施工簡便。

3 V墩連續(xù)剛構橋設計要點分析

3.1 設計要點

V型墩連續(xù)剛構橋主梁一般采用變高箱梁截面型式，對于跨徑較小的V墩連續(xù)剛構，可以采用等截面主梁。此時一般將主跨段和V墩段采取分開預制，現場吊裝安裝后再將主梁結構在V墩節(jié)點處進行連接，這種結構型式雖然外形是V墩剛構橋，但結構受力是連續(xù)梁橋的模式，因此并不是真正意義上的V墩連續(xù)剛構橋。

因此，對于跨徑較大的V型墩連續(xù)剛構橋基本采用懸臂澆筑施工工藝，主梁采用變截面型式以適應更大的跨越要求。主梁一般采用整體箱梁結構型式，配合縱向、橫向、豎向的三向預應力形成主梁結構體系。由于主要采用懸臂澆筑施工工藝，縱向預應力的配置應結合懸臂澆筑工藝進行設計，包含縱向懸臂鋼束、腹板下彎束和合攏鋼束。此外，V型剛構橋需要配置一定數量的橫隔板，特別是在V型墩與主梁連接處，該處的構造及局部受力較為復雜，需要根據力流傳遞進行構造細節(jié)設計，以保證主梁與墩柱之間剛度過渡的順暢性，又使得主梁的彎矩能夠最大程度轉化為墩柱的軸向受力。

3.2 關鍵設計參數

V墩剛構橋的主要設計參數是V墩傾角和墩身尺寸，其中V墩傾角直接影響上部結構的邊中跨比，而墩身尺寸則決定墩柱與主梁的剛度比，控制墩梁的受力性能。

V墩傾角一般指V型墩與豎直線的夾角，顯然，較小的V墩傾角則使得V墩之間過渡段太短，一方面不能發(fā)揮V墩釋放中支撐負彎矩的效應，另一方面梁體的主跨跨徑并沒有得到有效降低，其適用范圍有限。較大的V墩傾角，則使得V墩本身受力較難滿足要求，同時V墩之間的主梁跨越長度較大，需要針對性的配置預應力鋼束，從而使得剛構體系變得復雜。實際上，V墩的傾角應該結合橋梁的跨徑長度進行設計，使得V型剛構具有適宜的邊中跨比，同時，應盡可能保證V墩下行節(jié)點直接作用在承臺基礎上。近年來，有部分Y墩剛構橋的設計應用，應該注意到，這種Y型墩柱的受力相對V型墩更復雜，特別是在Y型三叉節(jié)點位置，往往成為整個結構的薄弱點。如果三個分支沒有達到設計的理想軸力狀態(tài)，附加彎矩的作用很容易使得該節(jié)點產生開裂和破壞，因此，應盡量將V墩下節(jié)點直接作用在承臺基礎上，簡化墩柱受力。

V墩尺寸直接決定了墩身與主梁的剛度比，墩梁剛度比在連續(xù)剛構橋中對于結構整體受力具有很大的影響。一般情況，在滿足墩身受力的情況下，墩柱越柔，對上部結構的彈性支撐效應越好，相應的次內力也越小，結構受力更加合理。如果墩柱剛度很大，則根據荷載效應的剛度分配原則，墩柱所承受的彎矩也越大，這與墩柱以承擔軸向力為主的理念不符，因此容易出現長期耐久性甚至安全性問題。設計中，需要根據結構跨度和主梁剛度等參數多次試算對比，優(yōu)化V型墩的尺寸。

4 V墩連續(xù)剛構橋施工要點分析

V墩連續(xù)剛構橋基本采用連續(xù)剛構橋的掛籃懸臂施工工藝，因其施工狀態(tài)就是最終的結構成型狀態(tài)，因此不存在多次的結構體系轉化問題，故V型剛構橋施工的難點與常規(guī)的連續(xù)剛構橋一樣主要是邊、中跨合攏問題，特別是大跨度橋梁，由于V墩剛構主梁對V墩位移的敏感性，使得其合攏控制更加困難。此外，V墩本身的施工也是關鍵點之一。

4.1 V墩施工要點

V型墩大都采用現場支架澆筑施工，但由于V墩的構造特點，其現場施工的支架體系也有所不同，表1給出了目前多座已建V墩剛構橋梁的V型墩施工方法，可見V型墩尺寸(跨徑)不同，所用施工方法不一。中小跨徑可以采用預制拼裝施工，較大跨徑需要采用勁性骨架和斜拉支架提供模板支撐平臺，具體施工方法需要根據施工處橋址環(huán)境特點、V墩尺寸、施工難易度比選確定。見表1。

表1 已建V墩連續(xù)剛構橋的V墩施工工藝

4.2 合攏施工

合攏施工是連續(xù)剛構橋的關鍵施工難點，涉及到合攏順序、合攏時機和合攏跟蹤監(jiān)測三個關鍵環(huán)節(jié)。

首先，應該確定合理的合攏順序，具體的合攏方式根據結構受力和結構狀態(tài)取定，在常規(guī)的施工組織下，往往先合攏邊跨，將雙懸臂體系首先轉換為單懸臂體系，降低結構的機動性和不確定性；之后再合攏中跨，將兩個單懸臂體系轉化成連續(xù)剛構體系，完成全橋體系轉換；

其次，合攏時機的選擇。考慮V型剛構橋屬于多次超靜定結構，合攏時外界溫度、日照溫度以及澆筑初期混凝土收縮徐變等因素對V墩剛構橋的結構受力狀態(tài)影響很大，合攏施工時機選擇應控制在一天中環(huán)境氣溫最低，且溫度變化幅度較小的時段進行。同時，大跨徑V墩剛構還受風荷載影響較大，因此也應該在風荷載較小的天氣進行合攏施工；

最后，合攏過程的施工監(jiān)控。由于合攏質量直接影響橋梁的成橋狀態(tài)，因此需要對每一個合攏步驟進行控制，確保在施工可控范圍內。另外，相當部分大跨徑V墩剛構橋梁中跨合攏時，需要配合千斤頂等設施對合攏段兩側結構進行頂推以調整墩梁結構內力，施工過程中除嚴格按照設計頂推力施工外，頂推過程中頂推力的作用點、加載速度以及合攏位置主梁撓度的監(jiān)測控制等，都需要進行精確控制，以使橋梁達到合攏預定狀態(tài)。

5 結 論

V墩連續(xù)剛構橋具有結構輕盈、受力合理、外形優(yōu)美等優(yōu)勢，在景觀要求較高的橋梁建設中愈加受到青睞。論文分析了V墩連續(xù)剛構橋的結構特點，總結了其設計要點和施工難點，以期推廣V墩連續(xù)剛構橋的設計應用。

[1] 魏華, 方健, 侯小強. V 形墩及雙薄壁墩連續(xù)剛構橋設計的探討[J]. 結構工程師, 2006, 22(2):18-20.

[2] 項敬輝, 華龍海, 趙興中. V 形墩支撐橋梁結構體系受力分析[J].中國市政工程, 2014 (2):26-28.

[3] 石雪飛, 朱榮, 阮欣. V 形墩剛構橋墩底頂推合龍施工控制[J].橋梁建設, 2015, 45(2):105-109.

U442

C

1008-3383(2017)09-0119-02

2017-03-11

陳為高(1981-)，男，安徽安慶人，路橋工程師，主要從事路橋設計工作。