多跨曲线连续刚构桥设计与计算

向 正 松

(四川公路桥梁建设集团勘察设计分公司,四川 成都　610041)

0　引言

近些年在桥梁设计上，特别是曲线连续刚构设计，最常见的就是在山区道路上由于路线线型的限制，同时要跨越山沟或者构造物才设计曲线连续刚构。因此本文针对特殊情况进行具体分析，并希望未来多跨曲线连续刚桥设计和计算更加精准化。

1　主桥结构及构造设计

为了更好的阐述多跨曲线连续刚构桥结构设计，对某具体桥梁进行简述分析。该大桥是某山区道路上新建的一座桥梁，主桥采用预应力混凝土连续刚构桥，桥位服从路线走线，位于曲线上，桥下跨越河流。对此主要从主梁结构和墩身结构上进行分析，来说明多跨曲线连续刚构桥设计的特点。

1.1　主梁结构

主梁结构多采用变高度三向预应力混凝土箱梁，梁高从支点到跨中，结合经验公式和结构计算，找出一个最优的多次抛物线作为梁高的变化曲线。上部结构箱梁梁标准节段长3 m～5 m，边跨现浇段一般设计成吊架或者墩旁的支架浇筑；标准节段设计成挂篮悬臂浇筑施工。其次，箱梁在每个支点处要设置横隔板，保证横隔板与墩身平齐，有利于传力的过程，每个梁端的腹板厚度加厚，与标准节段腹板采用线性变化过渡。各横隔板均设置进人孔以便施工箱梁纵向预应力束采用高强度低松弛钢绞线，塑料波纹管成孔，真空灌浆工艺和后期养护维修。考虑后期梁端支座的更换，箱梁端设计成牛腿。顶板横向预应力钢束错开布置，采用梁顶单端张拉方式。

1.2　墩身结构

墩身结构，为满足纵横向刚度要求，主墩多采用的是双肢薄壁墩和箱型截面薄壁空心墩，其中对于双肢矩形薄壁墩根据墩身高度、纵桥厚度和横桥的宽度进行分析，在多跨曲线刚构桥主墩沿高度方向设置一定数量的系梁，以加强薄壁墩的联合受力和结构的整体稳定性。

1.3　结构分析计算

针对桥梁结构，从施工阶段和运营阶段两个过程采用有限元软件进行纵横向受力的计算分析，主墩墩顶与箱梁根部采取刚性连接，边跨箱梁采用按照实际支座进行模拟。同时设计过程中还要考虑自重、二期恒载、预应力荷载、挂篮、次边跨合龙顶推力、体系转换和收缩徐变等工况；运营阶段考虑基础不均匀沉降，整体升降温和温度梯度等荷载。曲线刚构桥结构还应考虑箱梁内外侧腹板剪力滞效应，预应力钢束张拉过程的径向力。主墩采用群桩基础，整个台底结构桩土之间的相互作用，经过计算得到各个自由度方向的弹性刚度，设置弹性约束。设计过程中应注意防止边跨支座由于曲线向心力、钢束径向力和收缩徐变等原因产生脱空。鉴于曲线刚构桥的空间特性，有限元计算常采用空间梁格法。

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2　连续刚构桥算例分析

某多跨曲线连续刚构桥跨径布置为(70+3×100+60)m，箱梁为单箱单室断面，箱梁跨中及边跨支架现浇段梁高4 m(箱梁高均以腹板外侧为准)，箱梁根部断面和墩顶0号梁段高为12.5 m。从中跨跨中至箱梁根部，箱高以1.7次抛物线变化。箱梁腹板在墩顶范围内厚100 cm，从箱梁根部至跨中梁段腹板有80 cm,65 cm,50 cm三种厚度，箱梁底板厚除0号梁段为150 cm外，其余梁段底板从箱梁根部截面的130 cm厚以2次抛物线渐变至跨中及边跨合龙段截面的35 cm厚。主墩设计为双薄壁空心墩，每片墩宽6.7 m，单片墩厚度2.2 m，顺桥向两墩外边缘之间的距离为5.6 m。

3　主要设计技术措施

3.1　刚构墩内力调整措施

对于连续刚构，要考虑混凝土收缩的变化及体系温差的问题，这样主要会引起主梁位移变化，在这个过程中要是可以通过两种方法进行解决，一是合龙段顶推，这个主要是根据一些特殊的情况，例如一些墩高较低的，为了改善受力的状况，要在顶推力的过程进行分级加载，这样可以确保顶推力的控制指标，施加完成后，要张拉合龙段临时预应力，这样对合龙段混凝土提前施加预压力，保证浇筑质量。二是刚构桥主墩温度内力。连续刚构墩梁固结，是一种超静定结构，避免防止温度内力过大，就要减少刚构桥主墩的抗推刚度，这两者之间是有着密切关系的，如果刚度越小，温度内力就越小；刚度温度越高，其内力越高。因此，控制主墩的抗推刚度是最有效的方法。

3.2　主梁跨中下挠控制措施

主要分为常用的两种：第一是增加顶板负弯矩钢束。一般会对箱梁曲线的高度进行应力梯度的变化，在荷载作用下，箱梁根部存在着大小不一的应力梯度，在这个过程需要提高控制措施，要不断的加强顶板之间的位置，将其距离与平衡应力进行分析，避免因为跨中下挠过程引起不良的影响。第二是采用塑料波纹管和真空辅助压浆工艺。这个工艺手段主要是保证施工中的每个管道的紧密性，防止时间过长导致腐蚀性，减少后期的预应力损失，这项工艺在特点上操作简单，便于应用，更加降低了施工成本，在控制措施上要保证管道灌浆的密实度，防止波纹管孔洞对截面的刚度的削弱。

3.3　腹板斜裂缝控制措施

针对已成建的曲线连续刚构桥的检测结果来看，多跨曲线连续刚构桥上裂缝多发生在1/4跨附近，裂缝主要包括结构裂缝和非结构裂缝。在结构设计上主梁高度和跨径的关系根据结构计算采用多次抛物线变化，合理布置预应力下弯钢束，有效的减小截面的剪力，从而来提高箱梁斜截面的抗裂、抗剪承载力；最后在控制措施上要对材料选择和混凝土的配合比进行合理的配置，在现场操作上要对养护、降温和保温及其浇捣工作进行控制，同时对腹板波纹管位置进行局部加强，防止因为外力影响导致损失。

4　结语

通过对多跨曲线连续刚构桥的技术和计算进行分析，需要在技术要点上结合相关实例作为参考，把多跨曲线的应用和施工过程的技术重点讲解，抛开传统桥梁技术的弊端，为现代化发展带来有效的革新，经济发展建设和桥梁建设需要多跨曲线技术的改革，最后，我们要扬长避短，不断的学习和完善该技术，为我国桥梁事业的发展奠定坚实的基础。