高墩大跨度连续刚构桥稳定性分析

摘要：在高等级公路沿线地貌起伏大、山岭重丘区等地，架设的高墩大跨桥梁日益增多，预应力混凝土连续刚构桥以其跨越能力大、整体性强、受力合理、施工工艺成熟等优点受到桥梁工程师的欢迎。而高墩连续刚构桥多采用薄壁结构，并且墩高、跨径不断加大，为确保桥梁的安全使用，对其进行稳定性分析是必不可少的。

关键词高墩连续刚构 稳定性 设计

一、引言

高墩大跨度连续刚构以其跨越能力大、经济性较好等优势大量的运用于公路、城市桥梁，特别是高速公路进入山区后更是成为了跨越沟谷最常见的大跨度桥梁。本文以贵州镇胜高速公路虎跳河特大桥主桥设计为背景，重点介绍高墩大跨连续刚构的设计特点，如设计时考虑主墩截面特殊设计、合龙时顶推方法解决主梁位移较大及其产生的边主墩较大内力问题。

连续刚构桥是墩梁固接的连续梁桥。它是在连续梁桥和T型刚构桥的基础上发展起来的大跨径桥梁最常用的形式之一，具有跨越能力大，行车舒适，无需大型支座等特点。该类桥梁特别适合于跨越深谷、大河、急流的桥位。今年以来，在西部大开发的交通建设中，穿越山岭重丘区架设在陡坡深谷之间的高墩大跨度桥梁日益增多，给高墩、大跨度连续刚构桥的发展带来了新的机遇；如何确保结构的安全和稳定，保证结构的受力合理和线形平顺，为大桥安全、顺利地建成提供技术保障，本节就此进行了分析说明。

二、虎跳桥简介

虎跳河主桥桥跨布置为120m+4×225m+120m六跨一联的预应力混凝土连续刚构桥，主墩均为薄壁墩，高度较高的6、7号桥墩下部分采用整体（双幅）箱形断面。主桥全长1140m，镇宁、胜境关两岸各设一交界墩。镇宁岸引桥为5×50m先简支后连续的预应力T梁，胜境关岸为5×50+6×50m先简支后连续的预应力T梁。全桥总长1957.74米。连续刚构桥的主梁与桥墩固结,上下结构协同受力,使得墩顶处箱梁截面的负弯矩减小,有利于减小梁高;桥墩高而柔,顺桥向抗推刚度小,能有效地减小湿度和混凝土收缩、徐变和横向抗扭刚度大，能满足特大跨径桥梁的受力要求。

三、虎跳桥的构造特点

连续刚构桥常用的桥墩形式是薄壁墩,墩顶与主梁固结.其上部结构大部为箱形梁,全参院应力结构,一般为三向或双向预应力体系.因其墩梁固结,施工中无需安装支座,无需体系转换,构造简单,施工方便。虎跳桥的设计主要有以下特点；

1．主桥半幅桥宽采用单箱单室

C50砼，三向预应力，箱底宽6.7m，翼板悬臂2.65m，全宽12米。箱梁高度采用1.80次抛物线方式从箱梁根部高14米变化至端部及跨中高3.8米。箱梁底板厚度采用1.8次抛物线方式从箱梁根部厚135厘米变化至端部及跨中厚32厘米。适当减小边、中跨比可以降低边跨现浇段的剪力，从而减小此段的主拉应力。同时考虑到边跨过渡墩较高，采用传统的搭支架合龙方式难度较大，因此采用较小的边、中跨比（本桥为0.533）便于在过渡墩上设置托架现浇边跨合龙段及边跨现浇段。

2．特殊设计主墩截面以适应主梁变形

墩的抗推刚度小，砼收缩徐变及温度内力就小。双壁墩身的抗推刚度仅为墩身绕自身形心轴抗推刚度之和，而不是整体箱型断面的绕桥墩中心线的抗推刚度，因此决定采用抗推刚度相对较小的双壁型桥墩。

边主墩（6、10号墩）由于砼收缩徐变及温度产生的位移较大，同时由于较大的位移产生的主墩内力相对较大，要求边主墩能尽量产生较小的内力(较小的抗推刚度)同时并提高自身的抗弯能力(较大的抗弯刚度)，因此采用了空心薄壁壁墩，双壁墩厚度为350cm，壁墩薄壁厚60cm；其余主墩（7、8、9号墩）墩身为钢筋砼双薄壁墩身，双壁墩厚度为250cm，为矩形实体截面。

为了解决混凝土收缩徐变产生的主梁缩短而导致的主墩在营运期间向中跨方向倾斜，刚构中跨合龙时均采用顶推使主墩向两岸边预偏的方式。较高的墩在同样的顶推力下产生较大的位移，全桥合龙顶推时要达到各主墩的位移比较对称、不会导致产生的位移多由高墩承担的情况，因此需加大较高主墩的抗推刚度，使主墩抗推刚度尽量一致。因此高度较高的6、7号桥墩下部采用整体箱形断面。

3．跨中预拱度值的设置

收缩徐变对挠度的影响很大，目前还无法准确计算，因此适当加大设置跨中预拱度值，确保成桥使用阶段主桥线型。本桥是在按《公桥规－85》计算预拱度的基础上，再根据以前大跨刚构桥在正常使用情况下产生的下挠值的统计，选取了一个经验值15cm作为额外的跨中预拱度抬高值，按2次抛物线分配给主梁标高。

4．横、竖向预应力筋的张拉顺序

横、竖向预应力筋的张拉均采用滞后一个节段张拉，使横、竖向预应力的永存预压力分布较为均匀。

在高墩大跨桥梁施工中，正确地估计和预测收缩、徐变对高墩大跨桥梁结构的挠度和长期变形的影响，对指导工程设计、监控及施工进程具有重要的现实意义。只有预拱度设置合理才能使桥梁上部结构经历施工，反复发生向上或向下形式的挠度和结构运营一定时间后达到设计所期望的标高线形。 桥梁的预拱度大小不仅与力学计算模式选取有关，而且更重要的是与许多影响挠度的因素有关，这些主要因素包括：施工阶段的一期恒载，即梁自重和预加应力；施工临时荷载、基础沉降、湿度变化、施工误差等等。

四、对虎跳桥的分析

1、由于混凝土收缩的存在，联长较长的连续刚构边主墩存在变形较大、内力较大的情况，在混凝土的收缩徐变等品质未得到根本性改善前，结构尺寸及截面型式的变化组合只能解决一定限度内的问题，不能从根本上解决变形的问题，因此连续刚构联长不宜做得太长。

2、收缩徐变的产生使成桥时与后期正常营运阶段存在较大差值的墩顶位移，为了达到较好的使用效果，刚构可以采用主墩截面特殊设计及合龙时顶推来解决边主墩在后期向跨中方向偏移的问题。但是顶推也不能完全解决墩顶向跨中偏移的问题，因为要完全消除收缩、徐变产生的偏移，将使刚构在施工阶段及未完成收缩徐变前的正常营运阶段的主墩向河岸方向偏移一个较大的值，它将导致主墩浪费更多的材料甚至主墩使用的不安全性（计算根本不能通过）。

3、对于主墩之间高差较大的多跨连续刚构，抗推刚度差别大时，采用顶推时的各跨顶推力、各墩的位移差别也较大，将导致后期正常营运阶段主墩的位移差别较大、主梁的应力差别也较大，因此高度差别较大的主墩之间，抗推刚度应尽量接近。

五、小结

近年来，我国交通建设迅猛发展，由于山区高速公路特有的山高、沟深等地形条件，预应力混凝土连续刚构桥以其跨越能力大、整体性强、受力合理、施工工艺成熟等优点受到桥梁工程师的欢迎。因此，只有对刚构桥进行了充分的认识了解才能更好的掌握其稳定性的特点，避免事故的发生，让其更好的服务我们的交通。

参考文献：

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