梯形螺纹的数车加工方法改进研究

王飞飞

摘要：目前世界各大国桥梁设计水平特别是连续刚构桥梁设计水平均比较高，但各国在桥梁设计理念上却存在千差万别。文中主要介绍中、法、美、日四个国家在连续刚构桥梁设计过程中，通过边-中跨比、梁高、合龙段设计三个方面存在差异的对比，阐述四国在连续刚构桥梁设计理念上的差异，总结优缺点，为桥梁设计工程师提供设计思路及建议，少走弯路，争取中国早日实现“桥梁强国梦”。

Abstract： At present， the design level of bridges， especially the continuous rigid frame bridges in the world's major countries is relatively high， but there are many differences in the concept of bridge design in each country. This article mainly introduces the differences in the design of continuous rigid frame bridges in China， France， the United States， and Japan through comparison in side-to-span ratio， beam height， and closure section design， sums up the advantages and disadvantages， to provide design ideas and suggestions for bridge design engineers， and strive for China's early realization of the "Bridge Power Dream".

关键词：连续刚构桥;边-中跨比;梁高;合龙段

Key words： continuous rigid frame bridge;side-to-span ratio;beam height;closure section

中图分类号：U448.23                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）04-0134-02

0  引言

伴随着我国现在社会经济与科技的不断发展和进步，我国的交通行业特别是桥梁设计也在快速向前发展。连续刚构桥是上世纪50年代发展起来的预应力混凝土桥梁结构，随着建筑材料、施工技术、计算手段的发展与进步，施工经验和结构分析理论的不断丰富，预应力桥梁逐渐显示出其优越性，被广泛应用。连续刚构桥梁作为梁桥的一种结构型式，该桥型凭借跨越能力大、受力合理、施工方便、养护费用低、结构美观等诸多优点逐渐得到我国乃至世界各国的普遍认可，在中大跨径桥梁结构设计采用上占比较高。连续刚构桥梁是墩梁固结的连续梁桥，分主跨为连续梁的多跨刚构桥和多跨连续刚构桥，是在连续梁桥和T型刚构桥的基础上设计出来的一种新式梁桥桥型，均采用预应力混凝土结构。

1  设计理念

桥梁的建设离不开理论设计，但受到各种因素的影响，各施工阶段的理论设计值与实际施工数据存在一定偏差。因此，桥梁工程师应当在施工过程中，逐步修正理论设计值，避免误差累积越来越大，只有这样才能使连续刚构桥在设计上的优势充分体现出来。连续刚构桥梁的设计理念是建立在以往桥型设计的基础之上，并不断创新和改善，逐渐赶上了新时代的发展步伐，满足了社会的需求。

1.1 边-中跨比  连续刚构桥相比连续梁桥在选择边-中跨比方面有更大的自由度。众所周知，对于连续刚构桥梁来说，合理的边-中跨比是桥梁孔跨布置中相当重要的参数。边-中跨比一般控制在0.5～0.8之间。过小则需要设置负反力支座或配重，对于连续刚构桥梁来说需要采取相应的措施来改善主墩受力，一般采取中跨合龙前顶推主梁、改变预应力钢束张拉顺序等措施。

对于悬臂浇筑的连续刚构桥梁来说，边跨需要考虑是否搭设支架现浇，边跨长度不宜设置过长。从受力角度来看，边跨过长，主梁刚度就小了，预应力钢束的用量就相应增加，工程造价随之增大。因此，连续刚构桥梁的边-中跨比一般设置在0.52～0.6之间，在具体设计时中、法、美、日四国连续刚构桥梁的边-中跨比设计各不同。

中、法、美、日四国连续刚构桥梁的边-中跨比一般设计如下：

中国：11000/21000=0.52;法國：6465.8/10709=0.60;美国：70/140=0.5;日本：80.4/150=0.54。

可以看出只有美国标新立异，将连续刚构桥梁的边-中跨比设计为0.5，这样就不得不在边跨支座处采取负反力措施，避免出现支座脱空。但是，采用0.5的边-中跨比值，对于施工的便利性仅是可以直接采用挂篮浇筑完成边跨，不需要再设置边跨现浇段，减少施工工序，节约成本。

因此，在边-中跨比值这个问题上，美国是独具一格的。中国、欧盟中的代表法国以及日本是处于同一战线上的。从施工便利性角度综合考虑，边-中跨比值控制在0.54～0.58范围内为宜。

1.2 梁高设计  在连续刚构桥梁的设计中，主梁一般采用变截面箱形结构，主梁高度的变化是通过梁底曲线来实现的，通常情况下都采用抛物线的形式，也有采用圆弧线、折线以及悬链线等曲线线形。

连续刚构桥梁主梁的正应力、剪应力和挠度随着高跨比的增大是不断减小的。混凝土用量、钢绞线用量、普通钢筋用量、后期混凝土收缩徐变与主梁高度息息相关。梁高的设计选用必须在受力与经济上找到平衡点，既受力合理，又使经济节约。如表1所示，为中、法、美、日四国连续刚构桥梁的主跨跨径、支点及跨中梁高设计参数对比。

通过表1可以看出，中国、法国和日本的支点梁高/主跨均在1/16～1/17之间，而美国的支点梁高/主跨约为1/20。中国国内早期经验不足时设计的连续刚构桥梁，支点梁高/主跨基本在1/18～1/20范围之内。但是由于连续刚构桥梁梁体腹板斜裂缝、跨中下挠过大等病害不断出现，而且很严重，在设计时均考虑增加支点处梁高。跨中梁高在很多时候还是保留了原有的设计习惯，一般在2m左右徘徊。示例中的这座桥在国内公路行业属于顶尖设计，独树一帜，让人高兴的是跨中梁高设计采用了4m。因此，跨中梁高/主跨的设计一般在1/30～1/50之间。

混凝土收缩与应力状态无关，但徐变与应力状态密切相关。结构设计计算的徐变变形一般只考虑了施工过程中荷载以及恒载的影响，没有考虑车道荷载和非线性温度的作用。与此同时，收缩徐变理论并不完善，尚无准确理论计算模式。甚至于国内铁路有关规范都没有给出混凝土收缩徐变的相关计算公式。

跨中梁高与支点梁高的比值，法国和日本的比较接近0.5，这与我国国内铁路连续梁桥的设计理念类似，同时铁路连续梁桥的病害较少，这或许也是其中一个重要因素，值得深入研究。

我国国内设计的这座桥，跨中梁高采用了4m，但是还是在这几个国家中采用最小的，美国则被夹在中间，腹背受敌。值得高兴的是，在法国《Prestressed concrete bridges built using the cantilever method-Design guide》一书中给出了梁高的计算公式。在设计过程中可以借鉴书中梁高计算结论，并通过实际施工加以验证，总结梁高设计经验，更好地指导实践。

1.3 合龙段设计  对于合龙段设计的理念上，中跨合龙的概念各国均有，这个是毋庸置疑的。论文示例桥梁中，中法两国设置边跨合龙段，而美日两国没有设置边跨合龙段，但日本也有设置边跨合龙段的桥梁。美国设计的刚构桥梁边-中跨比只有0.5，肯定是没有设置边跨合龙段。

连续刚构桥梁体系转换有两种方式：一是先边跨合龙后再合龙中跨，简称先边后中;二是先中跨合龙再边跨合龙，简称先中后边。目前国内连续刚构桥梁合龙方式大多数采用先边后中，能够有效减小结构中的温度应力和易于控制合龙过程中的变形。

有的时候当边墩（或过渡墩）墩高过高，为了不在边墩（或过渡墩）设置现浇支架，也有先合龙中跨，再施工边跨超长段，最后边跨采用托架现浇的方式完成桥梁施工。先中后边施工，中跨各个梁段混凝土会因温度作用产生应力，此时除中跨合龙段外，其余各梁段混凝土均已达到设计强度，并施加了预应力，因而能承受温度应力。中跨合龙段混凝土在未达到设计强度前不能承受温度应力，因此必须采取相应措施使合龙段不受力，如采取体外支撑、临时约束、降温、添加U型微膨胀剂等，且应在合龙段施工中选择合理的浇筑时间。

合龙段构造措施是体系转换成败的关键，在设计与施工中应给与高度重视。首先，合龙段长度尽可能设计短一些，减小合龙段收缩量。然后对合龙段采用劲性骨架约束锁定。连续刚构桥跨中合龙段两侧设置横隔板，能够平衡跨中合龙段径向力和增强箱梁抗扭刚度，对合龙段底板非常有利。

2  结论

结合中、法、美、日四国悬臂现浇施工的连续刚构桥梁的设计特点，得出以下总结。

采用合理的边-中跨比，取消边跨合龙段，但是也不能采用美国的设计方法，主要是避免设置抵抗负反力措施。

依然保留边跨的现浇段，为了在施工时不采用支架现浇，边跨不平衡段长度较短时可以采用托架施工，类似日本连续刚构桥梁设计理念。如果不平衡段稍长时，可以先合龙中跨再用挂篮施工边墩（或过渡墩）托架所无法承受的梁段。

增加跨中主梁高度，调整整个梁体的应力状态及分布，是解决连续刚构桥梁跨中下挠严重等病害的一个有效措施。

另外，采用空腹式刚构、高性能混凝土或UHPC、索輔梁、体外预应力、跨中平束、跨中采用钢箱梁或组合梁、节段梁（附加体外预应力钢束）等设计方法也是解决现有连续刚构桥梁混凝土病害的常规思路。

参考文献：

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[2]王欣.关于大跨度连续刚构桥梁设计探讨[J].中国水运，2016，16（3）：218-219.

[3]鲍卫刚，周泳涛.预应力混凝土梁式桥梁设计施工技术指南[M].北京：人民交通出版社，2009.