(72+125+48)m小边跨连续刚构设计总结

摘要：通过对(72+125+48)m小边跨连续刚构的各种方案研究，找到了适合本桥的结构形式，并按此结构形式进行了施工图设计，该桥的设计完成对今后山区高速公路项目中类似的小边

跨刚构设计能起到一定的参考作用。

关键词：小边跨；连续刚构桥；不对称施工；压重作用

中图分类号：TB21文献标识码：A

一、桥梁概况

1、桥型、桥位特点

该桥跨越水源保护区河流，桥位处河道顺直，基本与路线正交，河面宽约40m。两侧山体陡峭，呈“U”型；针对桥位处的地形特点，经各种桥梁的方案必选，最终确定采用连续刚构的桥型方案。

本桥平面位于R=1600m的圆曲线及A=600、A=536.66的缓和曲线上，设计纵坡为-1.9%。

2、孔跨选择的控制条件

由于桥位处属水源保护区，水中不能设桥墩，大小里程各有地方路，且地方路不能改移，综合各方面的因素，主跨长度确定为125m，左边跨长度不受地形限制，根据连续刚构边跨长度与中跨长度合理比值(0.55~0.6左右)原则，将左边跨长度定为72m，右跨侧有山，且不能开挖，右侧跨长度仅有40m左右，与中跨的比值不在合理的范围内，故该桥需采用特殊设计。

3、初步拟定的结构特点

针对桥位处的地形，确定本桥主桥孔跨布置为： (72+125+48)m，桥梁全长245.0m，采用预应力混凝土连续刚构，小边跨侧梁端16.5m范围为等梁高，采用这种形式，既不失结构的美观性，又对小边跨侧起压重作用。经过计算对比发现：采用刚度较小的桥墩可以减小最大负反力值(或增加最小正反力值)，故本桥采用刚度相对较柔的双薄壁墩，而不采用刚度较大的空心墩，主墩最大墩高约26.2m。

二、具体方案的构思与特点

在施工图设计之前，针对该桥较为特殊的结构特点进行了几种方案的研究：

方案1：小边跨侧压重方案

方案2：拉压支座方案

方案3：重力式锚锭桥台方案

方案4：中跨悬臂不对称方案（施工图设计采用方案）

经过初步计算分析，上述桥梁方案在理论上均成立，施工可行，各方案的特点如下：

⑴、方案1：压重方案

由于边跨较短，为使支座不出现负反力，最直接也是容易想到的方案就是在小边跨进行压重，本方案设计采用几种压重方式：梁端16.5m范围用等梁高、箱内加压重材料、采用4.5m宽的大端横梁（大端横处无悬臂，4.5范围等梁高）。

经过结构计算分析，箱内采用1.2m高的混凝土压重材料时，可使边支座的最小反力达到1000KN（为使支座不脱空，并留有一定富裕度，设计时最小反力按1000KN控制）。

本方案特点就是受力较明确，与常规刚构体系类似，设计安全并可以得到保障。但是采用箱内填料压重及大端横梁的形式，对桥梁的美观性有一定影响。

⑵、方案2：拉压支座方案

国内的拉压支座大多用在斜拉桥辅助墩位置，用在类似这种小边跨刚构上较少，但是国内抗拉支座目前已做到最大可承担10000kN拉力,拉压支座与其它一般支座不同，均没有形成现成的成品，根据不同的桥梁结构，拉压支座需要特殊设计，设计与加工拉压支座的任务单独由生产支座的企业完成。

经计算分析，本桥单个拉压支座的最大承受拉力需按2000kN设计。

该方案的最大特点就是拉压支座的可靠性需要得到充分的保证，在运营阶段，由于结构在纵桥向及横桥向均有位移产生，所以要考虑支座疲劳及可能失效的问题，以及支座的后期养护及检查更换问题；

⑶、方案3：重力式锚锭桥台方案

该方案的结构形式，四川泸州长江二桥曾经采用。

本方案采用桥台与梁体现浇为一体的结构方式，桥台采用了锚碇桥台，桥台尺寸为10m×16.5m×6.6 m,为箱式结构，箱内填C15片石混凝土，桥台下设预应力锚桩。

这种结构形式能够解决小边跨侧重量不足及容易出现支座脱空的问题，但由于采用刚性连接，使温度等产生的次应力无法释放，势必造成在零号块产生应力集中，所以这种结构体系，主墩必须采用柔性墩，比如双薄壁墩。

该方案梁体与桥台采用整体固结，与设支座方案相比，不会发生支座脱空、小边跨上翘等问题，安全性得到足够保证。

本方案的不足点在于：采用固结方式,结构刚度大,小边跨侧在温度等作用下产生较大次内力,该侧水平位移受到限制，同时锚锭桥台结构受力复杂,桥台的抗滑及倾覆等稳定性问题需要准确验算和很好地解决，此结构将所有变位发生在长边跨侧,该侧主墩的变位较大。

三、(72+125+48)m小边跨连续刚构的施工图设计

1.在施工图设计阶段，受斜拉桥中高低塔原理的启发，对本结构中跨悬臂采用不等长度，将中跨合拢段不设在中跨几何中心的方法，找到了一种较为合理的方案，使得即使小边跨侧箱内不进行填料压重也能使支座最小支反力达到1000KN。这样就大大节省了不必要的箱内压重材料，为桥梁建设节约了造价。

2、施工图所采用结构的特点

⑴梁体构造特征及主要尺寸

梁体采用C55混凝土。箱梁截面采用单箱单室直腹截面，顶板宽16.3m，底板宽8.3m，悬臂长4.0m。根部梁高7.8m，高跨比为1/16.03，跨中梁高3.1m，高跨比为1/40.32，跨中根部梁高之比为1/2.52，梁高和底板厚度均按1.8次抛物线变化。由于跨中合拢段不在结构中心位置，为不影响结构美观，将跨中三个节段(含合龙段)共10m长范围做成等梁高，使跨中整体外观上是对称结构。合龙段中心离跨中结构中心距离为5m。

中跨、72m边跨侧腹板厚度变化为55～70～85cm，0号块处为100cm，底板厚度为32～90cm，顶板厚度为30cm，0号块处顶板厚度加厚至60cm。

根据结构受力需要，为起到压重作用，对48m小边跨侧的截面尺寸进行了加强：距5#主墩30.5范围内梁高按1.8次抛物线变化(与中跨相同)，其余部分梁高为等梁高(4.473m)。距5#主墩23.5m范围内底板厚度按1.8次抛物线变化(与中跨相同)，其余部分底板厚度为58.5～150cm。距5#主墩27m范围内顶板厚度变化与中跨相同，其余部分顶板厚度为30～50cm。距5#主墩27m范围内腹板厚度为85cm，其余部分腹板厚度为85～200cm。小边跨侧端横梁为实体截面，顶板宽16.3m、底板宽13.3m、两侧悬臂长1.5m，端横梁纵桥向尺寸为4.5m。

中跨(4#主墩侧)、72m边跨侧节段划分为（单悬臂状态）10.0/2+5×3.0+5×3.5+7×4.0+2.0/2（合拢段）=66.5m。中跨(5#主墩侧)节段划分为（单悬臂状态）10.0/2+5×3.0+5×3.5+5×4.0+2.0/2（中合拢段）=58.5m。48m边跨侧节段划分为10.0/2+5×3.0+3×3.5+2×5.0（支架现浇段）+2.0（边合拢段）+5.28（边节段）=47.78m。

4#墩单悬臂施工17个节段，最大悬臂长为66.5m，5#墩中跨侧单悬臂施工15个节段，最大悬臂长58.5m，48m侧悬臂施工8个节段，最大悬臂长30.5m, 9'～12'三个大节段采用支架现浇施工。

梁体构造立面图

⑵下部构造主要尺寸

为减小小边跨侧最小支座反力，本设计主墩(4#、5#墩)采用双肢薄壁墩，顺桥向间距为5.6m。单肢薄壁顺桥向宽1.4m，横桥向宽8.3m。承台、桩基等结构尺寸本文不再赘述。

3、施工方案

⑴施工步骤介绍

本桥72m边跨(4#主墩)侧采用对称逐段悬臂灌注施工，先托架浇注0号块，再对称逐段悬臂浇筑其它块件(1#节段～17#节段)。

48m边跨侧采用非对称悬臂灌注施工：先托架浇注0号块对称逐段悬臂浇筑1#节段～8#(8’#)支架现浇9’#节段悬臂浇筑9#、10#梁段支架现浇10’节段悬臂浇筑11#、12#梁段支架现浇12’节段(端横梁)右边跨合拢悬臂浇筑13#、14#、15#梁段。

合拢块浇注顺序为：48m边跨合拢72m边跨合拢中跨合拢。

⑵施工阶段配重计算

根据以上施工步骤，5#主墩两侧节段8与8'对称悬臂施工完成后(8与8'两梁段重量相差不大，可近似认为两侧对称施工)，9（9'）以后的梁段采用单悬臂不对称施工，两侧不对称的原因除了梁段本身的重量差异外，另一个原因就是在小边跨侧梁段满堂支架施工时，拆除了该侧的挂篮，而中跨仍进行挂篮施工，多出了挂篮的重量。

同时由于小边跨侧9'之后的梁段采用满堂支架施工，为保证施工中桥墩的受力安全，本设计考虑施工中在小边跨侧增加适当的临时配重，使得施工中9'~12'梁段与支架之间不出现脱空（不出现负反力）现象。经过多次试算发现，当节段施工时，在9'~12'梁段上施加150KN/m的临时配重时，9'~12'与支架之间不会脱空（出现正反力）。

4、结构配束及受力结果

通过与其它常规跨度的刚构桥相比，本桥由于边跨较小，中跨下缘的钢束量应适当加大，才能使中跨下缘应力满足规范要求。

采用空间程序MIDAS2011进行结构受力计算，得到结构主要应力指标情况如下表：

混凝土主要应力控制参数（一）（MPa）

C55 法向压应力 法向拉应力

规范要求 设计 规范要求 设计

短暂状况 荷载标准值组合 ≤12.56 荷载标准值组合 ≥1.27(压应力)

σcct≤22.365 σctt≤1.726(拉应力)

持久状况 作用标准值组合 ≤16.77 作用短期效应组合 ≥1.09 (压应力

σkc＋σpt≤17.75 σst－0.8σpc≤0

混凝土主要应力控制参数（二）（MPa）

C55 主压应力 主拉应力

规范要求 设计 规范要求 设计

持久状况 作用标准值组合 ≤16.77 作用短期效应组合 ≤0.91

σcp≤21.3 σtp≤1.069

预应力钢绞线主要应力控制参数

运营期钢束永存应力(MPa) 锚下张拉控制应力值(MPa)

≤1204 ≤1339

由上表可见，通过合理地配束，能使改结构受力满足规范要求，并有一定的富裕，结构安全可靠。

5、该结构所用主要材料的指标情况:

在进行该桥设计时，同个项目中设计了一座常规跨度刚构（72+125+72m），且两座桥的结构宽度等尺寸一致，使得两座刚构的材料指标可以进行很好的对比，指标对比表如下：

(72+125+48)m刚构 (72+125+72)m刚构

混凝土指标(m3/m2) 1.289 1.15

钢束指标(kg/m2) 84.2 78.5

钢筋指标(kg/ m2) 229 213

由上表可见，(72+125+48)m小边跨刚构的混凝土和钢束指标稍高于常规跨度的(72+125+72)m刚构，这是由于48m侧边框的结构尺寸适当加大，以起到对小边跨一定的压重作用，同时因为(72+125+48)m小边跨刚构中跨下缘钢束数量较(72+125+72)m刚构增加。

四、结论与问题

1、通过对(72+125+48)m小边跨刚构几种方案的比选研究，本设计将小边跨侧的构造尺寸适当加大，同时采用不在中跨结构中心合拢的方法，使得不用在小边跨箱内加压重材料，就可以使小边跨刚构达到比较合力的受力状态，同时小边跨侧最小支反力可以达到1000KN。

2、类似的小边跨结构，采用刚度小的墩型可以增加小边跨侧的最小支反力值。

3、不对称刚构的施工步骤较复杂，应该设计比较合理的施工方案。