大跨径刚构一连续组合梁结构设计与探讨

2011-08-15周景新

中国房地产业 2011年3期

关键词：刚构桥型墩身

周景新

（黑龙江省北龙交通工程有限公司，黑龙江，哈尔滨，150076）

大跨径刚构一连续组合梁结构设计与探讨

周景新

（黑龙江省北龙交通工程有限公司，黑龙江，哈尔滨，150076）

本文介绍了布跨138＋240＋240＋240＋138＝996m的刚构一连续组合梁桥的结构设计情况，并以之为例探讨了该类型桥在结构方案比选、设支座主缴的结构型式、支座力的平衡措施、计算模式以及一些其他方面的问题。

大跨径；刚构一连续组合梁；结构设计；探讨

一、前言

在大跨径桥型方案比选中，连续梁桥型仍具有很强的竞争力。连续梁桥型在结构体系上通常可分为连续梁桥、连续刚构桥和刚构一连续组合梁桥。后者是前两者的结合，通常是在一联连续梁的中部一孔或数孔采用墩梁固结的刚构，边部数孔解除墩梁团结代之以设置支座的连续结构。在结构上又可分为在主跨跨中设铰、其余各跨梁连续和全联不设铰的组合梁桥两种形式，通常称后者为刚构一连续组合梁。在我国已建成的该桥型的比较典型的例子有东明黄河大侨，跨径比之更大的该类型桥现已初见尝试。

二、刚构一连续组合梁桥的结构受力特点及应用

1、结构特征及受力特点

在连续梁桥中，将墩身与主梁团结而成为连续刚构桥。由于墩身与主梁形成刚架承受上部结构的荷载，一方面主梁受力合理，另一方面墩身在结构上充分发挥了潜能，因此该桥型在我国得到迅速的应用和发展[2].具有一个主孔的单孔跨径已达 270m，具有多个主孔的单孔跨径也达250m，最大联长达 1060m.随着新材料的开发和应用、设计和施工技术的进步，具有一个主孔的单孔跨径有望突破300m的潜力。

2、在我国的应用情况

东明黄河大桥开创了刚构一连续组合梁桥在我国应用的先例。

由于放松了多跨连续刚构桥对边主墩高度的要求，因此刚构一连续组合梁桥适用于不同的地形、地质条件、通航要求等。下面将介绍的武汉军山长江公路大桥初步设计刚构一连续组合梁桥方案就是一个典型的设计实例。目前国内在建的典型的大跨径刚构一连续组合梁有杭州饶城公路东段钱江六桥，其技术设计阶段主桥为 127＋ 3 X 232＋ 127= 950m的五跨预应力混凝土刚构一连续组合梁体系，中、边主墩均为双壁墩，中主墩墩身与主梁固接，边主墩墩身与主梁分离，分别设置4个65000kN的支应与主梁连接，悬臂施工中墩梁通过预应力粗钢筋临时固接。受地形影响解除边主墩墩身与主梁固结的刚构一连续组合梁桥还有黑河大桥，该桥布跨为 6016 ＋6×100＋ 60＝ 720m，墩身为单箱墩，最外边墩设支座。刚构一连续组合梁桥还适合于某些特殊布跨情形。

三、设计实例

某公路大桥初步设计作了斜拉桥和连续刚构两个方案同等深度的经济技术比较。其中连续刚构方案最初的跨径布置为 138 ＋ 24O＋ 240＋ 240＋ 138（m），三个主跨的四个主墩均为双薄壁墩，墩身与主梁固结。设计中发现两个边主墩由于高度较矮，受力很不合理，因此，将其与主梁的固结约束予以解除，桥型变为刚构一连续组合梁的结构形式（后出于总体布跨考虑，将跨径布置调整为 138＋ 240＋ 240＋ 240＋ 138＋ 56（m））。现以布跨 138＋240 ＋ 240＋ 240＋ 138（m）的大跨径刚构一连续组合梁桥的设计为例对其结构设计加以介绍和探讨。其结构设计简介如下：

1、结构体系

桥梁分左右两幅，采用138＋240＋240＋240 ＋ 138（m）五跨一联三向预应力混凝土刚构一续梁组合梁桥型方案，双壁墩结构，中主墩墩身与主梁固结，边主墩及边墩墩顶设支座。边主跨比 L边： L主＝0.575：1，纵坡 3%，纵曲线要素为 T＝5l0m， R= 17000m，E=7.65m.横坡2%，由箱梁顶板坡度形成。桥面铺装为6cm钢纤维混凝土垫平层加6cm沥青混凝土。

2、下部构造

主墩墩身为普通钢筋混凝土结构，采用50号混凝土，双壁墩结构。P2，P5号墩为边主墩，墩高 28m，左右幅每片墩墩顶各设两个吨位为60000kN的球形钢支座，墩身为矩形实心断面，断面尺寸320cmX800cm，顺桥向外缘距12m；P3，P4号为中主墩，墩高 39.9m，墩身与主梁固结，墩身为矩形实心断面，断面尺寸280cmX750cm.，顺桥向外缘距12m.承台采用30号混凝土，均为整体式，厚5m.P2～P5两号墩桩基础采用 25号水下混凝土，均为 18根直径 2.5m的钻孔桩，桩长分别为 55m，35m，40m，37.5m，均按支承桩设计。因此墩身按实心断面设计。

3、上部构造

主梁为分离式单箱单室直腹板箱梁，采用50号混凝土。根部梁高h根=13.2m，h根：L主=1：18.18；跨中梁高h中=4.0m，h中： L主=l：60；箱梁底线变化曲线 y＝4.0+（9.2/114）×X.箱梁拟采用对称悬臂现浇施工工艺，施工梁段长度分为3m，4m，5m三种类型，0号块现浇段17m，合龙段3m.1/2标准跨的分块布置为：（l/2） x 17m＋ 10 x 3m＋ 10 x 4m＋ 8 x 5m＋（1/2） x 3.0m＝ 120m.最大悬臂施工长 112.5m，共 28对施工块件，块件重量在140.8～234.5t之间。箱梁顶宽16.45m，底宽7.5m，翼缘板悬臂长4.475m（含承托），外侧厚15cm，根部厚50cm.0号块顶板厚45cm，其他位置顶板厚 28cm. 0号块腹板厚 100cm.向跨中分 70cm，60cm，40cm三个梯段变化。根部底板厚130cm.；跨中底板厚28cm，中间按y＝0.28＋（1.02／114）×x变化。箱梁仅在墩项及梁端设横隔板，墩顶横隔板位置及厚度与每片墩身相对应。为增强箱梁整体性，还在墩顶设置了箱外横隔板。

4、结构分析

（1）计算模式

顺桥向总体结构静力分析采用平面杆系综合程序进行。接施工阶段将结构分为328个单元325个节点，共63个施工阶段。由于地质条件相对较好，因此未按等刚度原理将桩基础进行模拟，即不计桩基础的影响，近似按承台底固结考虑。中主墩与主梁固结，边墩为单向交承，计算中计入了边主墩。

（2）计算荷载

汽车：半幅桥横向按布置 4个车队数考虑，横向折减系数为 0.67，纵向折减系数为0.97，偏载系数 1.15.

挂车：按全桥布置一辆考虑，偏载系数 1.15.

满布人群：3.5KN/平方米

二部恒载：7t／m.

温度：结构体系温差考虑升温20℃，降温20℃；梁体温差考虑了由于太阳辐射和其他影响引起上部结构顶层温度增加时产生的正温差及由于再辐射和其他影响，热量由桥面顶层散失时产生的负温差，参照BS5400荷载规范取用；箱内外温差为5℃；桥墩墩体考虑日照不均匀温度差：升温时，两片墩身的一侧比另一侧和中间高5℃，降温时，两片墩身的一侧和中间比另一侧高5℃。温度效应考虑两种组合：体系升温十正温差十升温时墩体温差，体系降温十反温差十降温时墩体温差。

静风荷载：施工风速按30年一遇，成桥风速按100年一遇计。横桥向风力按规范公式计算。

船撞力：横桥向18400kN，顺桥向9200kN.作用点位置按规范或专题确定。

（3）施工方法及主要工况

拟采用悬臂浇注法施工。为确保施工阶段单T的顺桥向抗弯及根桥向抗扭稳定性，将P2、P5号墩墩顶与主梁临时固结，在次边跨合龙施工完成后予以解除，完成体系转换。主要工况为；①施工基础及墩身，悬臂浇筑至最大悬臂状态，形成单T；②满堂支架浇筑边跨现浇段，配重施工；③边跨合龙，现浇段支架拆除；④次边跨合龙；⑤中跨合龙，形成结构体系对施加二部恒载；⑦运营。

（4）计算结果

主梁次边跨跨中汽车活载挠度为0.111m，中跨跨中为0.096m.

主梁应力：成桥状态混凝土应力最大约 155kg／平方厘米，最小约26kg／平方厘米，组合①混凝土应力最大约 17Ikg／平方厘米，最小约10kg／平方厘米，组合②混凝土应力最大约 215kg／平方厘米，最小约一6kg／平方厘米。