一座悬臂拼装预应力混凝土连续刚构桥设计

卫高红

（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030032）

装配式桥梁采用工厂化构件预制，标准的程序施工，具有工程质量易于保证，建造速度快等优点，在中小跨径桥梁的建设中具有广泛的应用。近年来，随着体外预应力技术的发展，节段预制拼装箱梁作为装配式箱梁桥的一种，在中大跨径桥梁中得到越来越多的应用，目前国内预制节段拼装以等截面预应力混凝土箱梁桥为主，变截面较少。

表1 部分国内设计施工的大跨径箱梁节段预制拼装桥

本文以工程实例介绍一座大跨径变截面预应力混凝土桥梁预制节段拼装的设计施工要点。

1 工程概况

本桥为一座双向六车道城市桥梁，行车道两侧设置有非机动车道。主桥跨径布置为（70+125+70）m预应力混凝土连续刚构。设计要点如下：

a）刚构桥横向两幅，采用单箱单室截面，C55混凝土。箱梁高度按二次抛物线变化，跨中3.2 m，主墩中心处7.25 m，主桥箱梁在墩顶0号块处设置两块厚度为1.5 m的横隔板，在边跨端部设厚度为1.6 m的横隔板，中跨跨中设置厚度为0.3 m的跨中横隔板。主桥箱梁采用纵、横、竖三向预应力体系。

b）单箱单室箱梁顶板宽16.5 m，底板宽8.0 m，主桥箱梁顶板厚度为0.28 m，底板厚度按二次抛物线，由跨中的0.3 m变化到中支点处的0.9 m；腹板厚度0.5～0.9 m。

c）主桥箱梁采用预制节段悬臂拼装施工，施工时箱梁除0号块、16、16'号合拢块及部分边跨采用现浇外，其余分为15对梁段，均采用对称预制节段拼装施工，预制节段箱梁梁段通过梁上剪力键和预应力钢束连接。在0、1号块，8、9号块间设置50 cm湿接缝。边中跨合拢段长度均为2.0 m。

d）主墩采用钢筋混凝土双薄壁墩，单墩墩身厚度为1.5 m，宽8.0 m，墩身顺桥向净距4 m。

图1 箱梁横断面（单位：cm）

2 密齿型剪力键设计

相邻箱梁间设置剪力键作用是传递剪力、节段限位匹配，一般采用矩形、密键布置。根据国内外工程经验，密齿型剪力键可以均匀、有效地在接缝间传递剪力，接缝形式更为安全、简单和经济。由于在接缝间没有普通钢筋穿过，接缝抗弯能力完全依赖于穿过接缝的预应力钢束。预应力钢束具有较大的极限应力和通过精确计算配置足够钢束后，预制节段施工的桥梁在力学性能上和现浇结构区别不大。

密齿剪力键一般设在箱梁底板、腹板、顶板及悬臂翼缘板上。箱梁主要依靠腹板承担总体荷载的剪力作用，故剪力键在腹板区域满布，并随着往支点梁高增大而增加；顶板、翼缘板剪力键主要承担车辆荷载传递的剪力，并起对接定位作用；底板剪力键主要起定位匹配的作用。

图2 剪力键大样（单位：cm）

本桥剪力键厚度采用5 cm，在腹板全高范围内设置，顶、底、翼缘板布置部分区域。本桥剪力键厚度与平均高度比为1∶2，倾斜角采用45°，具体尺寸见图2。

3 接缝设计

预制变截面箱梁悬臂节段的拼装依靠预应力钢束和节段间剪力键作用成为整体。拼装节段相互之间的接缝形式有如下几种形式：混凝土现浇湿接缝、环氧树脂接缝、水泥砂浆接缝、干接缝，也可以几种接缝形式配合使用。

2.男子及男童贫民院-TI Erh Chiu Chi Yuan（Chien Fu Ssu, 安定门内）

本项目环境类别为Ⅲ类，为保证体内束耐久性，本桥悬拼接缝采用环氧树脂涂装连接，施工时保证接缝间压应力不小于0.3 MPa。环氧树脂接缝施工期间应张拉临时预应力筋，保证缝隙间压应力至环氧固化为止，再张拉相应永久预应力悬拼钢束并灌浆。

1号梁段是紧邻0号块的第一个节段，也是悬拼的基准梁段，现浇段0号块与预制段1号块采用50 cm混凝土现浇湿接缝，以便于1号悬拼基准块定位。由于本桥跨径较大，在8、9号块之间也设置50 cm现浇湿接缝，作用是调整悬拼过程中累积的中线和标高偏差。现浇湿接缝间设置普通钢筋进行连接。阶段拼装接缝布置见图3。

图3 节段拼装接缝布置图（单位：cm）

4 预应力体系

结合大跨径变截面箱梁特点及施工要求，为达到全预应力体系需配置较多钢束。由于箱梁截面变高度，如果配置体外束过多，需要很多转向块，增加自重且施工困难。基于上述考虑，本桥采用体内、体外混合配束的方式，以体内束为主要配置，体外束作为安全储备。体外预应力钢束转向构造采用了横梁式。

本桥主梁采用三向预应力混凝土结构，纵向按全预应力构件设计，横向按部分预应力混凝土A类构件设计。体内纵、横向预应力采用Φs15.2的钢铰线束，竖向预应力采用JL32高强精轧螺纹粗钢筋；体外束采用21Φs15.2的成品钢束，横向布置两束，中、边跨均锚固横隔板上。体外束布置见图4。

图4 体外束布置示意图（单位：cm）

5 结构分析

悬臂拼装节段预制结构，由于接缝间通过混凝土剪力键及环氧树脂连接，节段间没有设置普通钢筋，接缝处工作性能与悬浇梁存在一定的区别。本桥在结构计算分析中，对接缝强度进行了折减，正截面抗弯折减系数采用0.95，斜截面抗剪折减系数采用0.85[1]。经计算，支点处最大弯矩1 081 330 kN·m，抗力1 550 584 kN·m；跨中最大弯矩221 562 kN·m，抗力247 260 kN·m；支点处最大剪力40 446 kN，抗力62 623 kN，均满足要求。本桥的正截面抗弯承载力和抗剪承载力包络图分别见图5和图6。

图5 正截面抗弯承载能力包络图（单位：kN）

图6 斜截面抗剪承载能力包络图（单位：kN）

根据接缝截面竖向力的平衡条件，同时考虑结构的重要性系数、构件材料、接缝上压应力后，环氧胶接缝正截面抗剪承载力应满足式（1）：

表2 主要截面正截面抗剪承载力

6 主要施工方法

6.1 节段制作方法

构件节段的预制方法主要有长线台座法及短线台座法。对于变截面连续箱梁，每个节段尺寸不一致，采用短线法虽然场地小，但是复杂的几何尺寸控制难度较大，会造成累计偏差。借鉴国内外变截面梁的节段预制经验，从保证工程质量和便于线形控制角度出发，本桥采用长线法预制，最大预制重量约190 t。

6.2 节段悬臂拼装

支架上现浇主墩及0号块，在悬拼过程中,当把1号梁段的中线、高程调到符合设计要求后,进行0、1号块临时固定，焊接钢筋，浇筑50 cm湿接缝。8、9号块间也采用50 cm湿接缝连接，其余节段采用胶接缝悬拼施工方法，直到节段悬臂拼装到最大悬臂状态，挂篮现浇合拢。

图7 节段悬臂拼装施工示意图

节段悬臂拼装施工前应进行试拼和调整，保证预制节段的相互匹配，同时应对节段拼缝黏结剂的涂抹、对孔道口的防护措施和临时预应力的施加给予足够重视。本桥要求节段临时预应力施加应满足混凝土压应力不小于0.3 MPa，且应在黏结剂失去和易性之前完成。预制节段的拼装按表3[2]要求的精度控制。

表3 节段悬臂拼装箱梁施工中竣工节段的允许偏差