浅析连续刚构桥梁设计

摘要：连续刚构桥作为一种轻型桥梁，由于其结构美观、受力合理、行车平稳舒适、易养护、费用低等优点，在我国桥梁建设中被广泛的采用，是比较适用于深沟地基的一种新型桥梁。本文以浙江省庆景青公路温州寮大桥为工程实际背景，阐述了温州寮大桥的基本概况，并对温州寮大桥下部结构、上部结构的设计进行了探讨。

关键词：连续刚构；桥梁设计；结构计算

中图分类号：K928文献标识码： A 文章编号：

刚构桥是上世纪50年展起来的预应力混凝土桥梁结构,随着建筑材料、施工技术、计算手段的进步,出现了预应力混凝土梁桥, 德国建成的奥厄桥开创了预应力混凝土桥梁发展的先河, 施工经验和结构分析理论的不断丰富, 预应力桥逐步显示出其优越性,被广泛采用。 随着桥梁跨径的增大和桥墩的增高, 支架施工工艺受到了极大的限制,为了解决这个难题,上世纪50年代出现了悬臂施工法。大跨度预应力混凝土连续梁桥施工方法主要采用平衡悬臂浇筑法, 梁体从墩上平衡向两边悬臂现浇伸出。为保持梁体在施工过程中稳定,梁体需临时锚固于墩上或在墩旁立临时支架增设支撑点, 然后现浇合拢段转换成最后的结构体系, 同时在支座处需设大吨位盆式支座,费用高。而悬臂施工法的关键在于施工中体系的平衡, 而传统的梁桥是墩梁铰接的, 在施工中又难于保持体系的绝对平衡,这就要求墩梁固结,利用桥墩本身的抗弯刚度来抵御不平衡造成的弯矩。连续刚构桥同T型刚构桥相比具有造型优美行车舒适的特点。预应力混凝土连续刚构桥是墩梁固结的连续梁桥, 这种体系利用主墩的柔性来适应桥梁的纵向变形, 所以特别适合于大跨高墩连续梁桥中。

1 工程概况：

温州寮大桥是景青改建公路景宁段跨滩坑电站水库大桥，是控制性工程，全长284.5米，高78米，采用单薄臂墩钻孔灌注桩基础、71+128+71米连续刚构（见图1）。工程于2005年11月开工，经施工单位2年多时间的紧张作业，大桥于08年1月22日全部合拢。

图1 温州寮大桥

1.1 技术标准

（1）设计荷载：公路Ⅱ级。

（2）桥面宽度：0.5+7.0+0.5=8.0米。

（3）地震烈度：6度。

（4）通航等级：内河六级，净高4.5m，净宽22.0m。

1.2 主要材料

(1)混凝土

箱梁各部位结构均采用C60混凝土；1、2号主墩墩身采用C40混凝土；0、3号桥台背墙、台帽和1、2号主墩承台采用C30混凝土；桩基础采用C30水下混凝土；桥面铺装采用沥青混凝土。其质量要求均应符合《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）的有关规定。

(2)普通钢筋

钢筋采用R235、HRB335，其技术性能应分别符合中华人民共和国国家标准《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》（GB 13013-1991）、《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》（GB 1499-1998）的规定。机械接头应符合中华人民共和国行业标准《钢筋机械连接通用技术规程》（JGJ107-2003）中Ⅰ级接头要求。

(3)预应力材料

箱梁纵向采用高强度低松弛7股捻制预应力钢绞线，公称直径为15.20毫米，公称面积139平方毫米，其性能参数应符合《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224-2003），其标准强度fpk=1860MPa，弹性模量为1.95x105MPa，1000小时后应力松弛率不大于2.5%。竖向预应力采用直径为32毫米的精轧螺纹粗钢筋，控制张拉吨位540KN。其标准强度不小于785Mpa，弹性模量为2.0×105Mpa。必须按照交通部公路规划设计院《预应力高强精轧螺纹粗钢筋设计施工暂行规定》的技术标准进行生产和验收。

(4)型钢和钢板

除特殊规定外，其余均采用Q235-A钢，其技术性能必须符合国家标准 《碳素结构钢》（GB700－88）的规定。

(5)锚具、支座

锚具采用OVM系列锚具及其配套设备，并符合中华人民共和国国家标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器》(GB/T 14370-93)、中华人民共和国交通行业标准《公路桥梁预应力钢绞线用锚具、连接器试验方法及检验规格》（JT 329.2-97）等技术要求。支座采用盆式橡胶支座：GPZ(Ⅱ)3SX，GPZ(Ⅱ)3DX，其技术性能符合中华人民共和国交通行业标准《公路桥梁盆式橡胶支座》（JT391-1999）。

2桥梁设计方案

2.1 桥型总体布置

由于桥位处山谷宽阔，路线高挂，因而桥梁建设规模及建造难度都非常大。桥型方案设计，力求经济适用，施工方便可行，使用安全耐久，体现人文关怀，技术先进可靠等设计原则，并结合专家评审意见，主桥选择悬浇连续刚构箱梁桥方案，孔跨布置以施工方便为指导思想。采用先简支后连续刚构T梁，全桥桥跨布置起点桩号为K38+520.68，终点桩号为K38+804.92，桥梁全长284.24m。桥梁孔径布置为(71+128+71)m的预应力混凝土连续刚构。见图2

图2 温州寮大桥桥型布置图

2.2 主梁一般构造

(1)上部结构采用直腹板的预应力混凝土箱梁，箱梁为单箱单室断面，采用纵向和竖向预应力混凝土结构。箱梁顶面横坡与路线横坡一致，底面不设横坡。

(2)箱梁顶宽8.0米，底宽4.5米，悬臂长1.75米。合拢段处箱梁中心高度为2.80米，底板厚0.25～0.60米；0号块处箱梁中心高为7.5米，底板厚1.0米，1-0号块之间底板厚度采用直线变化；箱梁高度按1.75次抛物线变化，底板厚度按2次抛物线变化。

2.3 主梁预应力布置

(1)主梁按双向预应力设计。纵向预应力采用15-19和15-12的预应力钢束，均采用两端张拉，要求桥台背墙在边跨底板束张拉完成后再浇筑；竖向预应力采用直径为32毫米的精轧螺纹粗钢筋，竖向预应力采用二次张拉工艺，张拉吨位为56.8t，二次张拉时间间隔不小于1小时。

(2)预应力钢束设计张拉控制应力为0.75倍的公称破断强度。本设计中计算钢束引伸量的有关参数取值为：管道摩阻系数0.2，偏差系数0.0015，一端锚具变形钢束回缩值0.006米。

2.4 下部结构

主1、2号桥墩采用单薄壁变截面矩形墩：顺桥向墩顶宽5.0米，横桥向墩顶宽4.5米，桥墩纵横向均按50：1的坡度向下放坡。0、3号桥台采用重力式U型桥台。主墩桩基础均采用直径为2.0米挖孔灌注桩。

3 结构计算

桥梁上部结构按平面杆系假定采用桥梁综合程序进行结构内力计算，桥面板计算按单向板和悬臂板计算；桥墩按集成刚度法进行水平分配。

3.1 设计采用的作用

(1)永久作用

沥青混凝土重力密度:24kN/m3;

混凝土重力密度:26.0kN/m3;

钢材重力密度:78.5kN/m3;

基础相对变位:主墩按2 cm考虑; 刚构连接墩按1cm 考虑;装配式箱梁支座不均匀沉降按0.5cm 考虑。

混凝土收缩及徐变作用: 按JTGD62-2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范规定计算。

(2)可变作用

汽车荷载: 公路Ⅰ级，刚构部分根据桥面宽度按三车道布置，横向折减系数0.78，并考虑横向偏载系数1.15；汽车荷载制动力及冲击力: 按JTG D60-2004 公路桥涵设计通用规范规定计算； 风荷载: 按《公路桥梁抗风设计规范》计算，活载风V2 = 25 m/s； 百年

风V10 = 30 m/s;温度: 按JTG D60-2004 公路桥涵设计通用规范规定计算。

3.2 主桥稳定性计算

按不考虑横桥向系梁和考虑横桥向系梁计算了自重作用下单墩稳定性，计算结果见表1，表2。

表1 墩稳定性计算结果(未考虑横桥向系梁)

表2 墩稳定性计算结果(考虑横桥向系梁)

按不考虑横桥向系梁和考虑横桥向系梁计算了自重和二期恒载作用下全桥稳定性，计算结果见表3，表4。

表3 一联整体稳定性计算结果(未考虑横桥向系梁)

表4 一联整体稳定性计算结果(考虑横桥向系梁)

计算结果表明稳定系数大，结构具有较好的稳定性。

4 结束语

连续刚构桥是一种极具生命力的桥梁结构形式, 现已成为大跨度预应力混凝土桥梁的首选桥型。而且连续刚构桥还具有跨径可进一步增大、上部结构不断轻型化、预应力束类型简化、取消边跨合龙段落地支架、上部结构连续长度增加等发展趋势。 通过先进的分析手段和精心设计，使得该桥上下部构造尺寸趋于合理、比例协调，外观也不失宏伟，符合安全、经济、适用、美观等设计原则。

参考文献

[1]《公路工程技术标准》JTG B01—2003

[2]《公路桥涵设计通用规范》JTG D60—2004

[3]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62—2004