大跨連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)與計(jì)算分析

中圖分類號(hào)：U448 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2025）24-0128-04

Abstract：Thebridgeopeninglayoutofthislocationisbasedontheroutedirection，terrain，geologicalconditions，andflood discharge requirements. The main bridge span layout is （82+3×150+82）m . Based on the design characteristics of the main beam structure，prestresedsystem，andpierstructureofthebridge，afiniteelementmodelofthebridgewasestablishedusing Midas/ Civilsoftware.Thebearingcapacity，crackresistance，andstfessofthebridgewereanalyzed，andthecalculationresults showedthattheyallmettherequirementsofthecurrentspecifications.Reasonabledesignwasadoptedtocontrolthewebplate cracksand the mid span deflection problem，withgood reliability and safety.

Keywords：large-spancontinuousrigidframebridge;cantileverpouring construction;webplate crack；mid-span deflection; bridge design

在跨越大型河流、山谷等工程中，以“安全、耐久、適用、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和美觀\"為技術(shù)方針，充分吸收國(guó)內(nèi)外的建橋新理論、新材料、新工藝、新技術(shù)和先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合地質(zhì)、地形、地貌的特征，選擇適合的橋梁方案尤為重要。大跨連續(xù)剛構(gòu)橋是橋梁中常用的一種橋型，主要的優(yōu)勢(shì)在于施工技術(shù)成熟、跨越能力較強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性較好、后期養(yǎng)護(hù)維修方便。但此類橋梁在運(yùn)營(yíng)中也出現(xiàn)了存在一些問題，如跨中下?lián)陷^大、腹板開裂等問題，因此在設(shè)計(jì)階段應(yīng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，減小橋梁運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。

1 工程概況

本橋?yàn)槟掣咚俟房缭近S河而設(shè)置的一座多孔高墩連續(xù)剛構(gòu)橋，雙幅橋梁段標(biāo)準(zhǔn)路基寬 25.5m ，雙向4車道，左右分幅設(shè)計(jì)，單幅橋?qū)?12.5m 。采用變截面連續(xù)剛構(gòu)梁橋，跨徑布置為（ 82+3×150+82 ） m ，橋墩墩高 47～52m 。

主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)： ① 公路等級(jí)為高速公路； ② 設(shè)計(jì)速度為 80kmh ③. 單幅橫斷面布置為 0.5m （防撞墻） + 11.5m （車行道） +0.5m （防撞墻），橋梁總寬 12.5m ④ 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100年； ⑤ 設(shè)計(jì)使用年限為100年； ⑥ 橋梁安全等級(jí)為一級(jí)； ⑦ 汽車荷載為公路-I級(jí)，按3車道進(jìn)行計(jì)算并考慮橫向縱向車道荷載折減系數(shù)； ⑧ 防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇； ⑨ 環(huán)境類別為I類。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 上部梁體

橋梁采用單箱單室直腹板斷面，箱梁寬 12.5m ，中跨跨中梁高 3.8m ，中墩處橫向中心處梁高 9.2m ，梁高變化段采用1.8次拋物線漸變，頂板標(biāo)準(zhǔn)厚度 30cm 底板厚度從 34cm 到 110cm 按1.8次拋物線變化，腹板變化厚度為 55，75，90cm，0^# 塊腹板厚度 120cm 。

主橋上部結(jié)構(gòu)為三向預(yù)應(yīng)力體系，橋梁縱向采用全預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計(jì)，預(yù)應(yīng)力采用高強(qiáng)低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度 1860MPa 。箱梁縱向鋼束采用Φ15.2mm ，鋼束規(guī)格分別采用 15-17，19，22， 橫向預(yù)應(yīng)力鋼束采用 Φ15.2mm 的高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，單端張拉，腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋采用 Φ16-3 無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼棒，并在 0^# 塊設(shè)置錨固至橋墩中的豎向鋼束。

2.2 下部構(gòu)造

主墩采用鋼筋混凝土雙肢實(shí)心薄壁墩，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注群樁基礎(chǔ)。雙肢實(shí)心薄壁斷面為 7m×2.0m ，雙肢中心間距 6m ;四周設(shè) R=20cm 倒角。承臺(tái)為左右幅共用一個(gè)承臺(tái)，厚度為 4m ，平面尺寸為 24.6m× 15.9m_o 基樁采用24根 D=1.8m 鉆孔灌注樁，主墩樁基按嵌巖樁設(shè)計(jì)。

2.3主要建筑材料

2.3.1 混凝土

① 梁部采用C55混凝土； ② 橋墩采用C45混凝土； ③ 承臺(tái)采用C40混凝土； ④ 樁基采用C35混凝土。

2.3.2 普通鋼筋

主橋梁部采用HRB400級(jí)鋼筋，下部采用HRB400及HPB300鋼筋。

2.3.3 預(yù)應(yīng)力鋼絞線

箱梁縱向及橫向預(yù)應(yīng)力鋼絞線符合GB/T5224—2014《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》標(biāo)準(zhǔn)，其公稱直徑Φ515.2mm ，鋼絞線抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度 f_pk=1860MPa ，彈性模量 Ep=1.95×10⁵MPa ，松弛系數(shù) I 級(jí)， ζ=0.3 ;預(yù)應(yīng)力管道采用塑料波紋管。

2.3.4 預(yù)應(yīng)力鋼棒

腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋采用 Φ16-3 無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼棒。

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算

通過MidasCivil對(duì)本橋上部進(jìn)行了結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，上部結(jié)構(gòu)采用三向預(yù)應(yīng)力體系，橋梁縱向采用全預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)建模時(shí)結(jié)合施工流程（樁基施工 $$ 承臺(tái)施工 $$ 橋墩施工 $$ 主墩托架上澆筑0號(hào)塊 $$ 采用掛籃對(duì)稱懸臂澆筑施工至最大懸臂 $$ 合攏邊跨 $$ 合攏中跨 $$ 合攏次邊跨，最后進(jìn)行橋面系、防撞墻及附屬設(shè)置等施工）計(jì)算結(jié)構(gòu)各截面內(nèi)力、應(yīng)力及變形等。

3.1 永久荷載

1）自重荷載：系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)入-1.04。2）二期恒載合計(jì)：橋面鋪裝 ?+ 防撞墻 =48kN/m 。3）混凝土收縮及徐變：按照J(rèn)TG3362—2018《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》取值。4）支座沉降：沉降值取值 10mm 。

3.2 可變荷載

1）汽車荷載：車道荷載采用公路-I級(jí)，汽車荷載作用下的有限元分析按車道荷載方式加載，采用影響線加載方式。汽車沖擊系數(shù)按照J(rèn)TGD60—2015《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》4.3.2條取值。按3車道自動(dòng)計(jì)算求最不利汽車荷載組合。

2）制動(dòng)力：按照J(rèn)TGD60—2015《公路橋涵設(shè)計(jì) 通用規(guī)范》34.3.5條取值，將制動(dòng)力按橋面線性荷載加 載到橋面上。

3）離心力：主橋位于直線段，不考慮離心力的作用。

4）風(fēng)荷載：按照J(rèn)TG/T3360-01—2018《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，考慮在主梁上、橋墩上加載靜風(fēng)荷載。

5）梯度溫度作用。豎向日照正溫差按照J(rèn)TGD60—2015《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》表4.3.10-3差值計(jì)算，即取值 ；豎向日照反溫差為正溫差乘以-0.5。

6）整體升、降溫。計(jì)算考慮結(jié)構(gòu)整體升溫 25^°C ）降溫 -25^°C 計(jì)算。

7）頂推力。在橋梁合攏前施加頂推力，能有效地改善橋墩的受力，并控制橋梁變形和內(nèi)力。

3.3 其他荷載

掛籃： 89t ；以集中力形式加載于節(jié)段端頭位置。

1^# 節(jié)段重量為 2102kN;890/2102=0.423，2^# 節(jié)段重量為 2021kN;890/2021=0.44 ，掛籃質(zhì)量和混凝土重量常規(guī)比在0.3～0.5之間。

4上部結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

4.1 計(jì)算軟件

主梁縱向計(jì)算均采用MidasCivil進(jìn)行計(jì)算和自編程序進(jìn)行驗(yàn)算。

4.2 計(jì)算模型

模型中均采用梁?jiǎn)卧?414個(gè)節(jié)點(diǎn)，1349個(gè)單元。結(jié)構(gòu)離散如圖1所示。

圖1計(jì)算模型

4.3箱梁結(jié)構(gòu)成橋內(nèi)力圖

成橋階段恒載主梁內(nèi)力圖如圖2、圖3所示。

圖2成橋階段主梁恒載彎矩圖

圖3成橋階段主梁恒載剪力圖

活載作用下主梁內(nèi)力圖如圖4所示。

4.4箱梁受力驗(yàn)算結(jié)果

4.4.1 使用階段正截面抗裂驗(yàn)算

JTG3362—2018《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》2第6.3條規(guī)范：對(duì)于全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，在作用（或荷載）短期效應(yīng)組合下， σ_st-0.80σ_pc?0 。

短期荷載組合下，截面上下緣的包絡(luò)應(yīng)力圖如圖 5、圖6所示。箱梁短期效應(yīng)組合抗裂驗(yàn)算見表1。

4.4.2 使用階段斜截面抗裂驗(yàn)算

JTG3362—2018《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》2第6.3條規(guī)范：對(duì)于全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，在作用（或荷載）短期效應(yīng)組合下， σ_tp?0.4f_t= 1.096MPa 。以下給出短期組合工況下，截面主拉應(yīng)力的應(yīng)力包絡(luò)圖如圖7所示。

4.4.3 使用階段正截面壓應(yīng)力驗(yàn)算

JTG3362—2018《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范第7.1.5條規(guī)定：受壓區(qū)混凝土的最大壓應(yīng)力，未開裂構(gòu)件 σ_ke+σ_pt?0.5f_ck=0.5×35.5=17.75MPa 以下給出截面上下緣的應(yīng)力包絡(luò)圖，如圖8、圖9所示。

結(jié)論：根據(jù)圖8、圖9得知使用階段應(yīng)力荷載組合壓應(yīng)力驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。

4.4.4使用階段斜截面主壓應(yīng)力驗(yàn)算

JTG3362—2018《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》2第7.1.6條規(guī)定：應(yīng)符合下列要求，σ_ep?0.6f_ck=0.6×35.5=21.3MPa 。以下給出荷載標(biāo)準(zhǔn)組合工況下，截面主壓應(yīng)力的包絡(luò)應(yīng)力圖如圖10所示。箱梁持久狀況混凝土主壓應(yīng)力驗(yàn)算見表4。

圖10主壓應(yīng)力圖

表4箱梁持久狀況混凝土主壓應(yīng)力驗(yàn)算表

4.4.5 使用階段正截面抗彎驗(yàn)算

根據(jù)JTG3362—2018《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》2第5.1.2-1條的規(guī)定 γ_0s?R 驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù) × 作用效應(yīng)的組合設(shè)計(jì)最大值 ? 構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值。

以下給出承載能力組合工況下，截面的彎矩包絡(luò)圖如圖11所示。使用階段正截面抗彎驗(yàn)算見表5。

圖11主梁彎矩包絡(luò)圖

表5使用階段正截面抗彎驗(yàn)算表

結(jié)論：根據(jù)圖11得知使用階段正截面抗彎驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。

4.4.6使用階段斜截面抗剪驗(yàn)算

根據(jù)JTG3362—2018《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》2]第5.1.2-1條 γ_0s?R 驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù) ?× 作用效應(yīng)的組合設(shè)計(jì)最大值 ? 構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值，以下給出承載能力組合工況下，截面的剪力包絡(luò)圖如圖12所示。

圖12主梁剪力包絡(luò)圖

結(jié)論：根據(jù)圖12得知使用階段斜截面抗剪滿足規(guī)范要求。

5腹板斜裂縫的解決辦法

目前連續(xù)剛構(gòu)橋腹板斜裂縫最為普遍和嚴(yán)重，主要出現(xiàn)的區(qū)域?yàn)橹c(diǎn)至L/4區(qū)域，為解決腹板裂縫采用了以下解決辦法。

第一，降低腹板鋼束張拉位置。

第二，采用低回縮、高效率的豎向預(yù)應(yīng)力鋼棒。

第三，增加區(qū)域內(nèi)外表面鋼筋網(wǎng)片。

6在本項(xiàng)目中針對(duì)跨中下?lián)蠁栴}及解決辦法

跨中下?lián)鲜悄壳凹扔羞B續(xù)剛構(gòu)的一個(gè)普遍現(xiàn)象，主要原因?yàn)榛炷恋氖湛s徐變、縱向預(yù)應(yīng)力隨著時(shí)間的推移，有效性降低，在施工過程中的施工誤差，車輛荷載過大。

主要解決辦法為： ① 增強(qiáng)頂板鋼束的布置； ② 規(guī)范施工流程。

7結(jié)束語

大跨連續(xù)剛構(gòu)橋自前國(guó)內(nèi)外運(yùn)用較為普遍，主要的優(yōu)勢(shì)在于設(shè)計(jì)、施工技術(shù)成熟、跨越能力較強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性較好和后期養(yǎng)護(hù)維修方便，是跨越河流、道路、山谷等項(xiàng)目中較有優(yōu)勢(shì)的橋型方案。但根據(jù)運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)情況看，目前部分大跨連續(xù)剛構(gòu)出現(xiàn)了跨中下?lián)线^大、箱梁腹板裂縫等問題。本橋首先根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范JTG3362—2018《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》[2對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了各項(xiàng)驗(yàn)算，均滿足規(guī)范要求，并針對(duì)病害易發(fā)區(qū)采取對(duì)應(yīng)的措施，增強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)的安全性，可為同類型橋梁提供有益參考。

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