夹江特大桥连续梁设计

摘要：详细介绍扬州沿江公路夹江特大桥主跨80m变截面连续梁的设计与总体计算，简要介绍桥梁施工与监控情况。总结该类桥梁的设计与施工经验，供同行参考。

关键词：预应力 连续梁 设计 监控

Continuous Beam Design of the Jiajiang Grand Bridge

Liu Shengshu1 Shu Zhonggen2

(1.CCCC Second Harbor Consultants CO., Ltd., Wuhan 430071, China; 2. China Highway Engineering Consulting Group Company Ltd.，Beijing, 100097，China)

Abstract: Details of design and calculation are displayed about the 80m span continuous beam of Jiajiang grand bridge in Yangzhou Yangtze River Highway project. A brief introduction of bridge construction and monitoring is also given. Many bridge design and construction experiences are given in the end.

Key words: prestressed; continuous beam; bridge design; monitoring

中图分类号： 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

1. 工程概况

夹江特大桥位于江苏省扬州，是扬州沿江高等级公路跨越夹江的一座特大型桥梁。桥址处夹江水面宽约700m，水深约3-18m。根据航运部门要求，主河槽处河道按Ⅴ级航道设计。考虑到工程投资规模、航道使用功能及桥梁使用功能，夹江特大桥桥梁全长设计为1061m，其中主桥为（52+80+52）m变截面预应力混凝土连续箱梁桥，主桥桥型布置图见图01。

图01 夹江特大桥主桥桥型布置图

2. 技术标准

1 设计荷载：汽车——超20级计算，挂车——120验算；

2设计车速：100 km/h ；

3桥面宽度：2x（净11.25+附2x0.5）m，中央分隔带宽1.0m；

4 航道等级：V级；

5 设计水位：7.410 m ；

6 地震烈度：基本烈度为Ⅶ度；

7 桥面纵坡：起点侧为2.04％，终点侧为-2.80％。

3. 主桥连续箱梁设计

3.1 箱梁总体及结构尺寸设计

主桥连续箱梁由2个独立的单箱单室变截面预应力混凝土连续箱梁构成，两箱梁中心间距13.25m，净距1m。单箱单室箱梁结构顶宽12.25m，底宽6.5m，设置结构单向横坡2.0%，横坡由箱梁腹板变高度实现。

箱梁中支点梁高4.5m(高跨比1/17.778)，跨中及端支点梁高2.2m(高跨比1/36.364)。梁底曲线采用1.8次抛物线。箱梁顶板厚为0.25m，腹板厚0.35～0.60m，底板厚0.25～0.55m。箱梁在支点处各设置一片横隔板，中支点处横隔板厚2.0m，布置1.2x1.8m过人孔；边支点处横隔板厚1.2m，布置0.7x0.7m过人孔。

图02 箱梁横断面图

预应力混凝土变截面连续箱梁采用50号混凝土。全桥采用悬臂节段现浇施工方案，先合拢边跨，后合拢中间跨形成三跨连续体系。

0号节段考虑到挂篮的长度及临时支撑的设置，定为11m。根据合拢段的浇注时间要求短，结合施工中操作方便等因素，合拢段按常规取2m长。剩下的梁段长度划分，除考虑节段的重量不宜差别太大外，还考虑节段类型不宜太复杂，故1＃～5＃节段长3.5m，6＃～9＃节段长4.0m。其中最重的悬浇节段为1号节段，其重量为1006.2kN。

3.2 箱梁预应力体系设计

预应力混凝土变截面连续箱梁采用三向预应力体系。

箱梁纵向预应力钢束采用19-7φ5、15-7φ5及12-7φ5钢绞线，钢绞线抗拉标准强度fpk＝1860MPa，弹性模量Ep=1.95×105MPa。锚下张拉控制应力为1357.8MPa。纵向预应力钢束按其位置分五种，即①顶板束（Ti）；②腹板束（WCi）；③底板束（Bi）；④合拢束（CTi）；⑤备用束（P*i）。纵向预应力束采用φ外＝107mm及φ外＝97mm的金属波纹管制孔，VLM15-19、VLM15-15及VLM15-12锚具锚固。钢束张拉时以张拉力为主，张拉力与伸长量双控，测量的钢绞线伸长量允许±6％的误差。在正式张拉钢绞线前应先将张拉力调整到初应力值σ0（一般可取张拉应力的10～25％），再开始正式张拉和量测伸长量。实际的伸长量除测量值外，应加上初应力时推算值。

纵向预应力钢束张拉顺序为：

先对称张拉腹板束，再张拉顶板束，按钢束编号的顺序张拉。

当合拢段混凝土达到设计强度的85％后，对称张拉底板束，先张拉长束，后张拉短束。张拉底板束的一半后，对称张拉相应顶板合拢束，先张拉长束，后张拉短束。

根据施工规范规定，张拉完毕后14天内必须压浆。钢束应张拉一批压浆一批，待压浆强度达到80％以上时，才可进行下一道工作。

图03 箱梁钢束布置图

箱梁顶板横向采用3-7φ4钢绞线，钢束抗拉标准强度fpk＝1860Mpa，锚下张拉控制应力为1395MPa。采用d内＝60x19金属波纹扁管制孔，VLM13B-3锚具锚固。张拉控制与纵向束相同，必须单束一次张拉。横向预应力束采用单端交替张拉，顺桥向间距为1.0m。

箱梁竖向预应力采用JL25精扎螺纹钢筋，钢筋的抗拉标准强度fpk＝750MPa，锚下张拉控制应力为675MPa。采用d外＝36mm钢管制孔，YGM锚具锚固。竖向预应力筋顺桥向间距为0.5m。施工过程中应采取有效措施以保证竖向预应力钢筋的锚固，封锚前应对竖向预应力钢筋进行二次张拉，并持荷5min，测量伸长量后锚固。

预应力的总张拉顺序为纵向预应力钢束、横向预应力钢束、竖向预应力钢筋，张拉完一个节段后，再浇注下一个节段。

3.3 其它

箱梁普通钢筋除横向钢筋与腹板箍筋为受力钢筋外，余均为构造钢筋。墩顶支点处底板，由于横隔板及局部承压的需要，布置4层兼受力作用的加强钢筋网。

表1 主桥预应力混凝土箱梁经济指标

4. 结构计算

4.1 计算模型及参数选取

本桥总体设计用西南交通大学编制的BSAS软件计算。总体计算主要计算参数选取如下：

1、 基础不均匀沉降：边支点1.5cm，中支点2.0cm。

2、 温度变化：体系升温25℃，体系降温20℃。局部温差：顶板升温8℃，顶板降温5℃。

3、 混凝土材料力学特性：50号混凝土，容重26kN/m3 ，抗压弹性模量3.5x104MPa。

4、 预应力钢材材料特性：钢绞线弹性模量1.95x105MPa，锚下控制张拉应力1357.8MPa，钢绞线松弛率0.035，孔道摩擦系数0.25，孔道偏差系数0.0015，单端锚具变形及钢束回缩值6mm。

4.2 设计计算结果

桥梁总体设计计算应力状态如下:

图04 成桥状态恒载作用下截面应力图

图05 组合I（汽车—超20）截面上翼缘应力图

图06 组合I（汽—超20）截面下翼缘应力图

由图04~06知，总体计算截面应力控制较好：成桥状态恒载作用下，截面上缘正应力在0.8~9.1MPa之间，截面下缘正应力在3.1~11MPa之间；成桥状态在汽车——超20级荷载作用下，截面上缘正应力在0.7~11MPa之间，截面下缘正应力在1.8~11.5MPa之间；恒载及恒、活载作用下，截面应力均在规范允许值0~17.5MPa范围内，且压应力富余量较大。

5. 施工与监控

5.1 施工概况

主桥三跨连续箱梁的施工采用传统的悬臂挂篮浇筑方案。

箱梁0#块体采用6根直径800mm壁厚10mm的钢管支撑的托架浇筑。

该线路另一大跨连续箱梁桥的0#块体浇筑则是选用钢筋混凝土立柱支撑，其施工过程安全可靠度、工程施工费用均比较理想，具体施工方案由施工单位根据项目部实际情况提出并经设计单位核算。0#块体支撑方案的选取孰优孰劣宜根据工程实际情况，结合施工单位技术能力、工程场址处客观条件及对工程周边环境要求综合考虑。

箱梁预应力锚固齿板处钢筋密集，钢筋接头众多，为保证该部位混凝土的浇筑质量，宜刻意要求钢筋工将该处钢筋接头错开布置。

主桥主梁悬臂节段施工选用菱形挂篮，施工较为顺利。

5.2 监控

本节桥梁监控数据来自江苏省交通规划设计院、江苏苏通工程顾问有限公司编制的《夹江特大桥主桥施工监控成果报告》。

悬臂浇筑阶段及边跨合拢阶段位移监测数据与理论值基本吻合，但中跨合拢并张拉中跨合拢钢束后，中跨跨中及附近截面竖向位移与监控单位提供的理论计算值相差较大，最大相差有37mm（梁体较设计线形下挠）。

施工阶段梁体应力监测数据如表2。

表2 主桥主要截面施工阶段应力监控数据(MPa)

中支点附近截面上下缘（表2）应力实测值较理论值普遍高；L/4跨截面处，截面上缘应力实测值与理论计算值较为接近，但截面下缘应力实测值约为理论计算值的2倍；跨中截面截面上缘实测值较理论计算值高1.8MPa，截面下缘实测值较理论计算值低2.4MPa。

作者未参与施工监测过程及监控数据整理。从近几年桥梁的使用情况来看，未见明显异常。监控数据与理论值之间的差异，此处不便做主观臆测，仅将客观事实呈现给读者，以便在新的工程建设中酌情参考。

6. 工程总结

根据工程设计过程、项目施工实况及近期运营情况，总结如下经验供同行今后参考：

1、 箱梁腹板开裂问题，新桥规并未明确指出引起腹板开裂的原因。个人认为可能跟早期桥梁设计软件缺陷有关。早期大跨连续梁桥多使用“桥梁博士”软件计算，该软件早期版本（2006年3月以前版本）不能正确计算较长钢绞线束的预应力损失（预应力损失计算值比实际值偏小）。

2、 工程施工实践表明：竖向精轧螺纹钢筋在使用质量良好的张拉及锚固工具的前提下，其有效应力及张拉伸长量能与理论计算值很好吻合。

3、 锚下加强钢筋宜合理布置，并充分考虑施工过程中大量钢筋接头对混凝土浇筑的不利影响。

4、 箱梁0#现浇块的临时支撑柱，在特殊情况下可选用钢筋混凝土立柱代替惯用的钢管柱。

5、 箱梁理论应力值与实际监控检测值相差较大，值得设计同行思考。建议在设计过程中，混凝土压应力限值留合理的富余量。

6、 预应力混凝土连续箱梁桥的设计，目前均按梁系简化计算。预应力作用下节段施工的箱梁结构，并不能满足梁系理论的假设前提（圣维南原理），建议有条件的学者或工程技术人员，对全桥做实体单元或板壳单元分析，阐明箱梁施工过程的应力场分布情况，以指导今后该类桥型的合理优化。

7、 箱梁各构造尺寸的选取，都依据前人的主观工程经验，没有可靠的试验或理论量化数据，不利该类桥型的优化与创新。

8、 建议连续箱梁桥预应力设计采用部分体内束结合采用部分体外束的设计模式，以利桥梁在施工出现意外及日后情况变化时的维修与加固。

7. 结语

该桥的施工图设计由中交第二航务工程勘察设计院有限公司承担，设计审查单位为江苏省交通规划设计院。桥梁于2004年5月开工建设，由江苏润扬交通工程集团承建，由江苏省交通规划设计院承担施工监控工作。全桥于2006年4月建成通车。

参考文献：

[1] JTJ023—85, 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S]

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。