大跨徑剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與探討

1、大跨徑剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與探討    摘要：本文介紹了布跨138240240240138996m的剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況,并以之為例探討了該類(lèi)型橋在結(jié)構(gòu)方案比選、設(shè)支座主繳的結(jié)構(gòu)型式、支座力的平衡措施、計(jì)算模式以及一些其他方面的問(wèn)題。 關(guān)鍵詞：大跨徑 剛構(gòu)一連續(xù)組合梁 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 探討 一、前言在大跨徑橋型方案比選中，連續(xù)梁橋型仍具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。連續(xù)梁橋型在結(jié)構(gòu)體系上通?？煞譃檫B續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋和剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋。后者是前兩者的結(jié)合，通常是在一聯(lián)連續(xù)梁的中部一孔或數(shù)孔采用墩梁固結(jié)的剛構(gòu)，邊部數(shù)孔解除墩梁團(tuán)結(jié)代之以設(shè)置支座的連續(xù)結(jié)構(gòu)。

2、在結(jié)構(gòu)上又可分為在主跨跨中設(shè)鉸、其余各跨梁連續(xù)和全聯(lián)不設(shè)鉸的組合梁橋兩種形式，通常稱(chēng)后者為剛構(gòu)一連續(xù)組合梁。在我國(guó)已建成的該橋型的比較典型的例子有東明黃河大僑，跨徑比之更大的該類(lèi)型橋現(xiàn)已初見(jiàn)嘗試。二、剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋的結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)及應(yīng)用1結(jié)構(gòu)特征及受力特點(diǎn)在連續(xù)梁橋中，將墩身與主梁團(tuán)結(jié)而成為連續(xù)剛構(gòu)橋。由于墩身與主梁形成剛架承受上部結(jié)構(gòu)的荷載，一方面主梁受力合理，另一方面墩身在結(jié)構(gòu)上充分發(fā)揮了潛能，因此該橋型在我國(guó)得到迅速的應(yīng)用和發(fā)展2。具有一個(gè)主孔的單孔跨徑已達(dá) 270m，具有多個(gè)主孔的單孔跨徑也達(dá)250m，最大聯(lián)長(zhǎng)達(dá)1060m。隨著新材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用、設(shè)計(jì)和施工技術(shù)的進(jìn)步，具有一個(gè)主孔的

3、單孔跨徑有望突破300m的潛力。而對(duì)于多跨一聯(lián)的連續(xù)剛構(gòu)是不是也能在聯(lián)長(zhǎng)上有更大的發(fā)展呢？眾所周知，墩身內(nèi)力與其順橋向抗推剛度和距主梁順橋向水平位移變形零點(diǎn)的距離密切相關(guān)?？雇苿偠刃〉谋”谑蕉丈砟苡行У亟档推鋬?nèi)力，但隨著聯(lián)長(zhǎng)的加大，墩身距主梁順橋向水平位移變形零點(diǎn)的距離亦將加大，在溫度、混凝土收縮徐變等荷載的作用了，墩頂與主梁一道產(chǎn)生很大的順橋向水平和轉(zhuǎn)角位移，墩身剪力和彎矩將迅速增大，同時(shí)產(chǎn)生不可忽視的附加彎矩，致使剛構(gòu)方案無(wú)法成立。在結(jié)構(gòu)上將墩身與主梁的團(tuán)結(jié)約束予以解除而代之以順橋向水平和轉(zhuǎn)角位移自由的支座，這樣就變成剛構(gòu)一連續(xù)組合梁的結(jié)構(gòu)形式。于是邊主墩墩身強(qiáng)度問(wèn)題得以解決，且在一定條件

4、下聯(lián)長(zhǎng)可相對(duì)延長(zhǎng)。可見(jiàn)，剛構(gòu)一連續(xù)組合梁是連續(xù)梁和連續(xù)剛構(gòu)的組合，它兼顧了兩者的優(yōu)點(diǎn)而揚(yáng)棄各自的缺點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)受力、使用功能和適應(yīng)環(huán)境等方面均具有一定的優(yōu)越性。2.在我國(guó)的應(yīng)用情況東明黃河大橋開(kāi)創(chuàng)了剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋在我國(guó)應(yīng)用的先例。由于放松了多跨連續(xù)剛構(gòu)橋?qū)呏鞫崭叨鹊囊?，因此剛?gòu)一連續(xù)組合梁橋適用于不同的地形、地質(zhì)條件、通航要求等。下面將介紹的武漢軍山長(zhǎng)江公路大橋初步設(shè)計(jì)剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋方案就是一個(gè)典型的設(shè)計(jì)實(shí)例。目前國(guó)內(nèi)在建的典型的大跨徑剛構(gòu)一連續(xù)組合梁有杭州饒城公路東段錢(qián)江六橋，其技術(shù)設(shè)計(jì)階段主橋?yàn)?127 3 X 232 127= 950m的五跨預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)一連續(xù)組合梁體系，中

5、、邊主墩均為雙壁墩，中主墩墩身與主梁固接，邊主墩墩身與主梁分離，分別設(shè)置4個(gè)65000kN的支應(yīng)與主梁連接，懸臂施工中墩梁通過(guò)預(yù)應(yīng)力粗鋼筋臨時(shí)固接。受地形影響解除邊主墩墩身與主梁固結(jié)的剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋還有黑河大橋，該橋布跨為 6016 6×100 60 720m，墩身為單箱墩，最外邊墩設(shè)支座。 剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋還適合于某些特殊布跨情形。如廈門(mén)海滄大橋西航道橋，布跨為70 140十70十 42 42（m），其中兩孔 42m跨錨碇，避免了設(shè)兩孔連續(xù)或簡(jiǎn)支梁，并減少了伸縮縫。像這樣將邊墩設(shè)支座的小邊跨與連續(xù)剛構(gòu)主體相連而成為非典型的剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋的橋還有很多。三、設(shè)計(jì)實(shí)例武漢軍山長(zhǎng)

6、江公路大橋初步設(shè)計(jì)作了斜拉橋和連續(xù)剛構(gòu)兩個(gè)方案同等深度的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較。其中連續(xù)剛構(gòu)方案最初的跨徑布置為 138 24O 240 240 138（m)，三個(gè)主跨的四個(gè)主墩均為雙薄壁墩，墩身與主梁固結(jié)。設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)兩個(gè)邊主墩由于高度較矮，受力很不合理，因此，將其與主梁的固結(jié)約束予以解除，橋型變?yōu)閯倶?gòu)一連續(xù)組合梁的結(jié)構(gòu)形式（后出于總體布跨考慮，將跨徑布置調(diào)整為 138 240 240 240 138 56（m）?，F(xiàn)以布跨 138240 240 240 138（m)的大跨徑剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋的設(shè)計(jì)為例對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加以介紹和探討。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介如下：1.結(jié)構(gòu)體系橋梁分左右兩幅，采用138240240240

7、 138（m）五跨一聯(lián)三向預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)一續(xù)梁組合梁橋型方案，雙壁墩結(jié)構(gòu)，中主墩墩身與主梁固結(jié)，邊主墩及邊墩墩頂設(shè)支座。邊主跨比 L邊： L主0.575：1，縱坡 3，縱曲線(xiàn)要素為 T5l0m， R= 17000m，E=7.65m。橫坡2，由箱梁頂板坡度形成。橋面鋪裝為6cm鋼纖維混凝土墊平層加6cm瀝青混凝土。2.下部構(gòu)造主墩墩身為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用50號(hào)混凝土，雙壁墩結(jié)構(gòu)。P2，P5號(hào)墩為邊主墩，墩高28m，左右幅每片墩墩頂各設(shè)兩個(gè)噸位為60000kN的球形鋼支座，墩身為矩形實(shí)心斷面，斷面尺寸320cmX800cm，順橋向外緣距12m；P3，P4號(hào)為中主墩，墩高 39.9m，墩身與

8、主梁固結(jié)，墩身為矩形實(shí)心斷面，斷面尺寸280cmX750cm。，順橋向外緣距12m。承臺(tái)采用30號(hào)混凝土，均為整體式，厚5m。P2P5兩號(hào)墩樁基礎(chǔ)采用 25號(hào)水下混凝土，均為 18根直徑 25m的鉆孔樁，樁長(zhǎng)分別為 55m，35m，40m，37.5m，均按支承樁設(shè)計(jì)。下部構(gòu)造平面布置.P3,P4及P5號(hào)墩基礎(chǔ)擬采用雙壁鋼圍堰方案施工，P2號(hào)墩擬采用鋼管樁平臺(tái)加鋼套箱方案施工。為有效抵抗偶發(fā)的巨大船撞荷載，各主墩均設(shè)計(jì)為整體式基礎(chǔ)和承臺(tái)。防撞構(gòu)造立足于墩身自身防撞，因此墩身按實(shí)心斷面設(shè)計(jì)。3上部構(gòu)造主梁為分離式單箱單室直腹板箱梁，采用50號(hào)混凝土。根部梁高h(yuǎn)根=13.2m，h根：L主=1：18.

9、18；跨中梁高h(yuǎn)中=4.0m，h中： L主=l：60；箱梁底線(xiàn)變化曲線(xiàn)y4.0+（9.2/114）×X。箱梁擬采用對(duì)稱(chēng)懸臂現(xiàn)澆施工工藝，施工梁段長(zhǎng)度分為3m，4m，5m三種類(lèi)型，0號(hào)塊現(xiàn)澆段17m，合龍段3m。1/2標(biāo)準(zhǔn)跨的分塊布置為：（l/2） x 17m 10 x 3m 10 x 4m 8 x 5m（1/2） x 3.0m 120m。最大懸臂施工長(zhǎng)1125m，共28對(duì)施工塊件，塊件重量在140.8234.5t之間。箱梁頂寬16.45m，底寬7.5m，翼緣板懸臂長(zhǎng)4.475m（含承托），外側(cè)厚15cm，根部厚50cm。0號(hào)塊頂板厚45cm，其他位置頂板厚 28cm。 0號(hào)塊腹板厚

10、100cm。向跨中分 70cm，60cm，40cm三個(gè)梯段變化。根部底板厚130cm。；跨中底板厚28cm，中間按y0.28（1.02114）×x變化。箱梁僅在墩項(xiàng)及梁端設(shè)橫隔板，墩頂橫隔板位置及厚度與每片墩身相對(duì)應(yīng)。為增強(qiáng)箱梁整體性，還在墩頂設(shè)置了箱外橫隔板。箱梁縱向預(yù)應(yīng)力體系采用 15 22，控制張拉力4296.6kN，橫向預(yù)應(yīng)力體系采用154，控制張拉力 781.2KN。縱、橫向預(yù)應(yīng)力均采用 15.24mm預(yù)應(yīng)力超強(qiáng)、低松弛鋼絞線(xiàn)，極限抗拉強(qiáng)度為1860MPa，計(jì)算彈性模量E=1.95x10'MPa。豎向預(yù)應(yīng)力體系采用4.結(jié)構(gòu)分析(1)計(jì)算模式順橋向總體結(jié)構(gòu)靜力分析采用

11、平面桿系綜合程序進(jìn)行。接施工階段將結(jié)構(gòu)分為328個(gè)單元325個(gè)節(jié)點(diǎn)，共63個(gè)施工階段。由于地質(zhì)條件相對(duì)較好，因此未按等剛度原理將樁基礎(chǔ)進(jìn)行模擬，即不計(jì)樁基礎(chǔ)的影響，近似按承臺(tái)底固結(jié)考慮。中主墩與主梁固結(jié)，邊墩為單向交承，計(jì)算中計(jì)入了邊主墩。(2)計(jì)算荷載汽車(chē)：半幅橋橫向按布置 4個(gè)車(chē)隊(duì)數(shù)考慮，橫向折減系數(shù)為 0.67，縱向折減系數(shù)為0.97，偏載系數(shù) 1.15。掛車(chē)：按全橋布置一輛考慮，偏載系數(shù) 1.15。滿(mǎn)布人群:3.5KN/平方米二部恒載：7tm。溫度：結(jié)構(gòu)體系溫差考慮升溫20，降溫20；梁體溫差考慮了由于太陽(yáng)輻射和其他影響引起上部結(jié)構(gòu)頂層溫度增加時(shí)產(chǎn)生的正溫差及由于再輻射和其他影響，熱量

12、由橋面頂層散失時(shí)產(chǎn)生的負(fù)溫差，參照BS5400荷載規(guī)范取用；箱內(nèi)外溫差為5；橋墩墩體考慮日照不均勻溫度差：升溫時(shí)，兩片墩身的一側(cè)比另一側(cè)和中間高5，降溫時(shí)，兩片墩身的一側(cè)和中間比另一側(cè)高5。溫度效應(yīng)考慮兩種組合：體系升溫十正溫差十升溫時(shí)墩體溫差，體系降溫十反溫差十降溫時(shí)墩體溫差。靜風(fēng)荷載：施工風(fēng)速按30年一遇，成橋風(fēng)速按100年一遇計(jì)。橫橋向風(fēng)力按規(guī)范公式計(jì)算。船撞力：橫橋向18400kN，順橋向9200kN。作用點(diǎn)位置按規(guī)范或?qū)ｎ}確定。(3施工方法及主要工況擬采用懸臂澆注法施工。為確保施工階段單T的順橋向抗彎及根橋向抗扭穩(wěn)定性，將P2、P5號(hào)墩墩頂與主梁臨時(shí)固結(jié)，在次邊跨合龍施工完成后予以解除，完成體系轉(zhuǎn)換。主要工況為；施工基礎(chǔ)及墩身，懸臂澆筑至最大懸臂狀態(tài)，形成單T；滿(mǎn)堂支架澆筑邊跨現(xiàn)澆段，配重施工；邊跨合龍，現(xiàn)澆段支架拆除；次邊跨合龍；中