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        預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)公路橋總體設(shè)計及主要尺寸

        2012-08-02 11:39:42陳桂玲
        黑龍江交通科技 2012年4期

        王 濤,陳桂玲

        (1. 呼倫貝爾市公路勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司;2. 拉布大林公路養(yǎng)護(hù)管理處)

        1 連續(xù)剛構(gòu)橋的適用范圍

        PC 連續(xù)剛構(gòu)橋主跨跨徑超過200 m 后,不僅主梁因梁高較大導(dǎo)致恒載過大、受力不好,而且經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也不好。主跨超過200 m 時,PC 部分斜拉橋(也稱矮塔斜拉橋)優(yōu)于連續(xù)剛構(gòu)橋,因?yàn)槠渲髁焊扛叨燃s為連續(xù)剛構(gòu)橋主梁根部高度的一半,橋梁景觀也較好。主跨在200 ~300 m 之間,應(yīng)首選部分斜拉橋。即使跨徑在150 ~200 m 之間時,也應(yīng)對這兩種橋型進(jìn)行比較,擇優(yōu)選用。

        以上系指按三跨對稱布置的連續(xù)剛構(gòu)橋或部分斜拉橋。當(dāng)為兩跨等跨布置時,則成為單T 剛構(gòu)橋或獨(dú)塔部分斜拉橋。單T 剛構(gòu)橋的跨徑一般不宜大于130 m;兩跨部分斜拉橋適用跨徑為100 ~180 m。

        2 連續(xù)剛構(gòu)與連續(xù)梁的混合體系

        國內(nèi)已建成的連續(xù)剛構(gòu)橋的連續(xù)總長度已突破1 000 m。重慶黃花園大橋?yàn)?37 m+(3 ×250)m +137 m≈1 024 m;東明黃河大橋?yàn)?5 m + (7 × 120)m + 75 m =990 m。所以,連續(xù)剛構(gòu)橋的連續(xù)長度可以達(dá)到1 000 m。但是,連續(xù)長度過大,靠兩邊的幾個橋墩因遠(yuǎn)離溫度變形0 點(diǎn),將產(chǎn)生較大的水平位移,橋墩受力很不利。國內(nèi)外一些較長的大跨度梁橋,采用中間區(qū)段為連續(xù)剛構(gòu),兩邊區(qū)段為連續(xù)梁的混合體系,結(jié)構(gòu)受力合理,稱為剛構(gòu)—連續(xù)梁。缺點(diǎn)是連續(xù)梁部分要設(shè)置大噸位支座,使用期需進(jìn)行更換。

        3 墩高對連續(xù)剛構(gòu)橋的影響

        連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)楦叽纬o定結(jié)構(gòu),溫度與混凝土收縮、徐變將產(chǎn)生次彎矩。當(dāng)主墩較矮或抗推剛度較大時,對縱向地震影響不利,在墩頂還會出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力。需要利用橋墩較小的抗推剛度來降低上述次彎矩。一般情況下,墩身高度宜大于主跨跨徑的1/10,否則應(yīng)采取措施降低次彎矩。例如。

        (1)在滿足抗彎和穩(wěn)定的前提下,減小墩身順橋向厚度。

        (2)采用群樁基礎(chǔ),計入樁基柔度對墩身的影響。

        (3)利用邊跨合攏前后的剛度變化對主梁進(jìn)行加卸載,以改善墩身的受力。

        (4)將中跨底板預(yù)應(yīng)力長索分三段錨固。其中兩段在中跨合攏前錨固,一段在合攏后錨固,以減小底板束產(chǎn)生的次彎矩和混凝土收縮、徐變內(nèi)力。

        (5)對于個別很矮的橋墩,不用墩梁固結(jié),采用墩上設(shè)置活動支座。

        矮墩連續(xù)剛構(gòu)橋的實(shí)例。

        主跨190 m 華南大橋,主墩墩身高度為11 m,東明黃河大橋主墩高度9.1 ~12.3 m;某城市立交橋,跨徑為36 m +58 m+90 m+58 m,主墩高度為7.25 ~8.18 m;湖北翟家河大橋,跨徑為85 m +160 m +85 m,兩個主跨高度分別為16 m 和95 m。

        4 孔跨布置

        4.1 三跨連續(xù)剛構(gòu)

        設(shè)中跨為L,邊跨為L1及L2。L1= L2時為對稱布置,L1≠L2時為非對稱布置。正常情況下,一般可取L1= /L(及L2/L)=0.52 ~0.60 較為合適。邊跨大或小各有利弊,分述如下。

        4.1.1 邊跨較小的優(yōu)點(diǎn)

        (1)邊跨現(xiàn)澆段長度較短,對施工有利。當(dāng)邊墩臺較高時,可用導(dǎo)梁、托架或掛籃前推作為支架,現(xiàn)澆段可以不用落地支架。

        (2)邊跨主梁端附近主拉應(yīng)力較小,對防止箱梁腹板出現(xiàn)斜裂縫有利。

        (3)邊跨滿布活載,中跨空載時,對中跨受力有利。

        (4)當(dāng)中跨長度一定時,邊跨較小,則主橋長度較短。

        4.1.2 邊跨較小的缺點(diǎn)

        (1)邊跨過小時,如邊支承出現(xiàn)負(fù)反力,需采用拉壓式支座或在邊跨主梁內(nèi)加配重的措施,邊墩臺的受力不好。

        (2)邊跨較小時,主墩靠岸一側(cè)的單柱軸力較小,另一單柱軸力較大。故外立柱的偏心距大,將產(chǎn)生較大拉應(yīng)力。但可采取下述措施克服這個缺點(diǎn)。

        ①邊跨合攏前,在邊跨大懸臂端加壓重,邊跨合攏后卸載。結(jié)構(gòu)分析表明,卸載后,外立柱仍可獲得因加壓增加壓力的90%。

        ②中跨合攏前頂推主梁,使主墩向岸方向產(chǎn)生水平位移,然后鎖定中跨合攏段,再澆邊跨和中跨的合攏段混凝土。頂推力應(yīng)根據(jù)計算確定。

        ③改變中跨底板縱向預(yù)應(yīng)力鋼束的張拉程序。一般是在中跨合攏后才張拉中跨跨中附近的底板鋼束,這時將引起墩身彎矩,此彎矩與恒載墩身彎矩方向相同,對墩身受力不利。改為將部分底板鋼束在中跨合攏前張拉,可減小墩身的彎矩。

        邊跨較大時的優(yōu)缺點(diǎn),與上述邊跨較小的優(yōu)缺點(diǎn)相反。

        4.2 兩跨T 構(gòu)

        兩跨T 構(gòu)多采用等跨布置,對結(jié)構(gòu)受力有利,也方便進(jìn)行對稱施工。例如貴州省貴畢公路小閣丫大橋,跨徑(138.1+138.1)m。0#梁段長16 m,掛籃懸澆梁段長度為110.5 m(一側(cè))靠橋臺16.6 m 長為現(xiàn)澆梁段,合攏段長3 m。

        有時受地形限制,也可以采用不等跨布置。小跨與大跨跨徑之比,不宜過小,否則對橋墩受力不利。一般宜大于0.8。例如貴州省崇遵公路兩岔河大橋,由于某種特殊原因,跨徑為132 m +126 m。小跨與大跨之比0.955。0#梁段長16 m在托架上現(xiàn)澆,2 ×105.5 m 用掛籃懸澆施工,先合攏小跨端部12.5 m 梁段,然后再將大跨懸澆一個4.5 m 的梁段,最后澆筑大跨合攏段(亦為現(xiàn)澆段)長14 m。

        兩跨T 構(gòu),由于懸臂澆筑施工過程,懸臂長度大,主梁根部負(fù)彎矩大,導(dǎo)致主梁梁高較大。在三跨正常布孔其中跨跨徑與兩跨T 構(gòu)跨徑相同的情況下,后者主梁根部高度約為前者的1.6 倍。所以,如果橋長相等,后者往往造價較高。對于兩跨T 構(gòu)方案,要注意進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析。

        4.3 多跨連續(xù)剛構(gòu)

        四跨或四跨以上,可以對稱布置,也可以非對稱布置。中間1 跨或幾跨為主跨,跨徑相等。邊跨跨徑一般逐漸減小。相鄰兩跨如跨徑不等時,小跨與大跨之比,正常情況下不宜小于0.52。上限則比較靈活,有的橋達(dá)到0.8。以下是幾座四跨或四跨以上連續(xù)剛構(gòu)的孔跨情況,可供參考。

        廣東洛溪大橋:65 m+125 m+180 m+110 m,連續(xù)長度480 m。

        貴陽小關(guān)大橋:69 m +125 m +160 m +160 m +112 m,連續(xù)長度626 m。

        福建石崆山高架橋:60 m +115 m +155 m +115 m +115 m+115 m+65 m,連續(xù)長度740 m。

        四跨或四跨以上連續(xù)剛構(gòu)的一個重要特點(diǎn)就是:大跨與小跨對應(yīng)的懸臂施工T 構(gòu)的長度不相等,出現(xiàn)大T 和小T,設(shè)計和施工都更復(fù)雜一些。

        4.4 小邊跨連續(xù)剛構(gòu)

        有時受地形或其他條件限制,可能出現(xiàn)很小的邊跨,其跨徑與相鄰較大跨徑之比小于0.5。對橋墩和主梁受力不利,設(shè)計有下述兩種處理措施。

        4.4.1 當(dāng)小邊跨梁端的負(fù)反力較大,難以消除時,采用基礎(chǔ)錨碇的方法平衡負(fù)反力

        (1)四川省瀘州長江二橋,孔跨布置為145 m+252 m+54.75 m,小邊跨箱梁通過5.25 m 長的合攏段與橋臺剛性連接。按錨碇橋臺設(shè)計,布置18 根方形錨樁,通過設(shè)在錨樁內(nèi)的豎向預(yù)應(yīng)力束將橋臺可靠地錨于基巖中。橋臺長26 m,與箱梁結(jié)構(gòu)一致,兩端加隔板,箱內(nèi)用漿砌石填心,小邊跨的縱向預(yù)應(yīng)力束錨于臺尾。橋臺為三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。橋臺構(gòu)造見圖1。

        圖1 橋臺構(gòu)造

        (2)貴州省關(guān)興公路落拉河大橋,孔跨布置為40 m +166.5 m+97 m。40 m 小邊跨采用大截面等高度箱梁,并在梁端布置4 排預(yù)應(yīng)力錨桿。錨桿用32 精軋螺紋鋼筋,錨入基巖內(nèi)10 m,在梁頂張拉。錨桿縱向間距100 cm,橫向間距180 cm,每根錨桿張拉力320 kN。

        4.4.2 當(dāng)小邊跨跨徑不是很小時,采用大、小T 和調(diào)整邊跨構(gòu)造尺寸的方法協(xié)調(diào)恒載分布,以改善邊主墩的受力

        (1)云南省三界怒江大橋,孔跨布置為(55 + 138 +95)m,小邊跨55 m 與中跨138 m 的比值為0.399。設(shè)計采取的協(xié)調(diào)措施是:主橋由一個100 m 小T 和一個176 m 大T組成,使小邊跨端部不出現(xiàn)負(fù)反力。小邊跨箱梁仍按正常情況進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。

        (2)貴州省思南巖頭河大橋,孔跨布置為53. 5 m +128.5 m+92 m,小邊跨53.5 m 與中跨128.5 m 的比值為0.416。設(shè)計亦采用大、小T 的方式協(xié)調(diào)內(nèi)力。小邊跨端部為正反力,箱梁按正常情況進(jìn)行設(shè)計。靠小邊跨的主墩較矮,墩頂截面出現(xiàn)不大于3 MPa 的拉應(yīng)力,布置豎向預(yù)應(yīng)力筋。

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