林杰 潘宝 朱晓宇

关键词 山区桥梁;连续刚构;结构设计;结构计算

中图分类号 U448.23;U445 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）04-0148-03

0 概述

连续刚构桥通过变化的梁高以及墩梁固结的构造，可使梁体承受较大的正负弯矩，达到整体受力性能良好的目的[1]，墩梁固結的构造可使主墩处不设支座，并减少伸缩缝数量，增加行车舒适度，此外还具有顺桥向抗弯刚度大、施工体系转换方便，对混凝土的收缩、徐变及结构抗震有利等优点[2]，成为我国大跨度桥梁的主导桥梁形式[3]。另外连续刚构在施工方式上，借鉴T形刚构桥在悬臂法施工中保持体系平衡的优点，可广泛地应用于地形条件受到限制的山区桥梁建设中，成为山区公路跨越不良地形的首选[4]。

1 项目概况

八家台1号大桥位于湖北省恩施州咸丰县活龙坪乡八家台村附近，跨越一处深U型冲沟。桥梁平面全范围位于直线段内，纵面均位于坡度为+2.3%的单向上坡段内。桥跨跨径布置为（60+110+60）m，采用变截面的预应力混凝土连续刚构桥，主桥直接衔接路基段，无引桥部分，桥面处标高约为910 m，1号墩为最高墩，墩高达到68 m。总体布置图如图1所示：

2.1 地形地貌

桥址区地势起伏较大，属构造剥蚀、溶蚀低山地貌，多为旱地、山林，桥梁横跨深切“U”型河谷，两侧山体地形较陡峭，下部地形坡度25°～40°，上部形成近直立的陡坎，地表植被为农作物、灌木等。

2.2 地质构造

拟建场区隶属于扬子准地台上扬子台坪（Ⅱ1）八面山台褶带（Ⅱ13）恩施台褶束（Ⅱ13-2）四级构造单元，构造运动目前属于间歇期，隐伏断裂构造发震活动较弱，近期无中、强震记录;第四系以来，新构造运动主要表现为周期性的波动和阶梯式上升，地壳相对平静，区域稳定性较好，不会对拟建桥梁产生太大影响。

2.3 桥墩台稳定性评价

桥梁跨沟谷而设，桥台均位于斜坡顶部，地形坡度约5°～10°，地势相对较平缓，自然状态下稳定性较好。桥址区岩层产状275°∠4°，存在三组主要节理：L1产状353°∠86°，L2产状61°∠75°，L3产状193°∠75°，根据坡向与结构面组合关系，岩层面较平缓，稳定性较好，节理面产状陡峭，桥台边坡开挖后在临空面无剪出口，但存在崩落、掉块的可能;桥墩拟采用桩基础，整体稳定性较好，但需考虑岩溶对桩基稳定性的影响。

3 设计标准及参数

（1）设计行车速度为40 km/h。（2）桥梁设计荷载为公路-I级。（3）桥面宽度：12 m，整体式路基（桥梁与路基同宽度）。横断面为对称布置：0.5 m的防撞护栏+1.5 m的人行道+8 m的行车道）+1.5 m的人行道+0.5 m的防撞护栏，共计12 m。（4）设计基准期：100年。（5）地震烈度：该地区的地震动峰值加速度为0.05 g。（6）设计安全等级：一级。（7）桥面横坡：双向2.0%。

4 主要材料

4.1 混凝土

主梁因应力水平较高，选用C55混凝土，主墩墩柱及盖梁选用C40混凝土，承台及桩基选用C30混凝土。

4.2 普通钢筋

全桥选用HRB400和HPB300两种牌号的普通钢筋，其材质、性能指标需符合相关规范的要求。当选用的钢筋直径大于或者等于12 mm时，应采用HRB400规格的钢筋，其余均采用HPB300的钢筋。

4.3 预应力钢筋

主桥纵向预应力钢束、主桥箱梁横向及竖向预应力钢束，均采用公称直径为15.2 mm的预应力钢绞线，其性能应符合国家标准《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T 5224—2014）对于高强度低松弛钢绞线的要求，钢绞线的抗拉强度标值达到1 860 MPa，弹性模量为1.95×105  MPa，松弛率需小于0.035。

5 结构设计

5.1 上部结构设计

箱梁上部构造为（60+110+60）m预应力混凝土连续刚构。箱梁的尺寸如下：高度从跨中至根部按二次抛物线变化，跨中梁高3.0 m，根部梁高6.8 m。顶板厚28 cm，底板厚度从跨中至根部由32 cm按二次抛物线变化72 cm，腹板从跨中至根部采用45 cm、55 cm、70 cm三种腹板厚。横桥向顶板宽12.0 m，底板宽6.0 m，翼缘板悬臂长度3.0 m。根部设置两道横隔板，每道横隔板的厚度均为1.5 m，中跨跨中设置一道横隔板，厚度为0.3 m，边跨梁端设一道厚度为1.2 m的端横隔板。

箱梁0号节段长12 m，边、中跨合龙段长均为2 m，边跨现浇段长为4 m。主梁采用悬臂对称浇筑的施工方式，悬浇的总长为48 m，每个悬浇“T”，按照纵向对称原则设计，梁段长度从根部至跨中，分别为8×3.5 m+5×4.0 m，共13个节段。悬浇节段最大重量为1 470 kN，挂篮自重为700 kN。

5.2 下部结构设计

1、2号主墩的墩身为双肢等截面的实体墩，矩形断面，截面尺寸1.5×6.0 m（顺桥向×横桥向），并在一半墩高附近设置一道横系梁，尺寸1.5×6.0 m。承台厚度达4.0 m，基础采用桩基础，按端承桩设计，选用4根桩径2.4 m的钻孔灌注桩，纵、横向均按两排布置。

0、3号桥台为重力式轻型U桥台配扩大基础。

5.3 主梁预应力设计

主梁三向预应力体系，按全预应力混凝土进行设计。预应力钢束锚下的张拉控制应力为1 395 MPa，纵向预应力锚固体系为大吨位群锚，管道采用预埋镀锌金属波纹管，辅以真空压浆。竖向预应力考虑到预应力损失，要求采用二次张拉。

6 结构计算分析

6.1 静力计算

采用空间有限元软件Midas Civil 2018对八家台1号大桥进行仿真分析，结构离散后的模型如图2所示。

施工阶段计算须结合具体的施工流程进行，八家台1号大桥的施工流程为：先进行下部结构施工，待下构施工完成后，在主墩上搭设托架，随后在托架上浇筑0号块，剩下的节段（除合龙段）均以挂篮悬臂浇筑法对称施工，而后张拉相应的预应力钢束，直至最大悬臂状态。之后按先边跨合龙、后中跨合龙的顺序依次作业，最后施工桥面铺装。其中每个节段的悬浇主要包括挂篮安装、梁段浇筑、张拉预应力并灌浆、挂篮前移四个主要工况，须按此顺序逐步计算主梁各截面内力、应力和位移是否满足要求。

而运营阶段计算则需考虑包括结构恒载、上部活载、基础沉降、温度及静风力等荷载，并按规范进行荷载组合，验算最不利工况下是否满足要求，并据此设计截面的钢束 [5]。

6.2 计算结果

综合考虑短暂状况与持久状况时的各种工况，荷载包括结构自重、施工荷载、预应力、预应力次效应、收缩、徐变次效应、非线性温差、汽车及人群荷载、基础沉降等作用，对箱梁施工、使用阶段主梁各截面的内力、应力及位移，进行了计算分析，并按相关规范进行验算。计算结果如图3～图4所示。

主要结论如下：

（1）持久状况承载能力极限状态强度验算满足规范的要求。

（2）短暂状况，主梁顶部混凝土正截面压应力为0.3 MPa，主梁底部混凝土正截面压应力为0.1 MPa满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）第7.2.8条的规定。

（3）使用阶段混凝土正截面压应力及使用阶段受拉区预应力钢筋的最大拉应力，均满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）第7.1.5条规定。

（4）在正常使用极限状态作用短期效应组合时，混凝土正截面抗裂满足全预应力的要求，并符合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）第6.3.1条的规定。

（5）正常使用阶段短期效应组合时主梁截面的主拉应力最大值满足斜截面抗裂要求，并符合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第6.3.1条的规定[6]。

6.3 高墩稳定分析

该桥最高主墩为68 m，高墩稳定分析主要分析高墩整体屈曲稳定性对施工、运营阶段的影响，必须确保其安全性。

施工阶段稳定性分析主要考虑结构恒载及横桥向的静风荷载。最不利工况出现在T构浇筑的最大悬臂状态，此时，主梁尚未合龙，桥梁的稳定性有待验证。如图5失稳模态为顺桥向主墩压屈失稳，稳定临界系数为11.4，远大于4，满足规范的要求。

通过简要阐述八家台1号大桥项目概况、基础资料、设计及计算等方面内容，说明针对山区公路跨越U型及V型冲沟、峡谷等不良地形时，采用连续刚构桥，具有受力性能好、结构稳定等优点，80～150 m中等跨径连续刚构桥可作为首选桥型。八家台1号大桥建设进展顺利，施工图设计已经完成，此外还获得了主管部门的批复，目前已进入施工阶段。文章提供的详细数据及结构计算结果，可以为同类型桥梁工程设计提供一定的参考。

参考文献

[1]张谦， 林杰， 简函， 等. 席子河大桥连续刚构设计[J]. 科学技术创新， 2019（9）： 113-114.

[2]徐俊海， 曾卓. 翟家河大桥连续钢构设计[J]. 中国水运， 2013（6）： 261-263.

[3]陈宝春. 桥梁工程[M]. 北京：人民交通出版社， 2008.

[4]彭元诚， 汪金育， 廖朝华， 等. 山区大跨度连续刚构桥[M]. 北京：人民交通出版社， 2015.

[5]公路桥涵设计通用规范： JTGD60—2015[S]. 北京：人民交通出版社， 2015.

[6]公路钢筋混凝土及预應力混凝土桥涵设计规范： JTGD60—2004[S]. 北京：人民交通出版社， 2004.

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