陳為高

(湖南省公路設(shè)計(jì)有限公司重慶分公司，重慶 400060)

V墩連續(xù)剛構(gòu)梁橋的設(shè)計(jì)與施工難點(diǎn)探析

陳為高

(湖南省公路設(shè)計(jì)有限公司重慶分公司，重慶 400060)

總結(jié)了V墩連續(xù)剛構(gòu)梁橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，總結(jié)了其結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)和存在難點(diǎn)。分析了V墩連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)的取用原則，同時(shí)探討了V墩剛構(gòu)橋施工中的V型墩施工和合攏施工兩個(gè)關(guān)鍵難題，給出了相關(guān)施工與監(jiān)控建議。

V墩；連續(xù)剛構(gòu)橋；合攏；設(shè)計(jì)要點(diǎn)；施工難點(diǎn)

1 前 言

V墩連續(xù)剛構(gòu)橋在我國(guó)近年受到設(shè)計(jì)者的廣泛青睞，有諸多型式優(yōu)美、構(gòu)造輕盈的V型連續(xù)剛構(gòu)橋梁建設(shè)于城市及山區(qū)環(huán)境中。連續(xù)剛構(gòu)橋在繼承連續(xù)梁橋上部結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)的基礎(chǔ)下，通過(guò)墩梁固結(jié)的方式，利用墩柱結(jié)構(gòu)釋放墩頂負(fù)彎矩，從而利用墩柱的柔性實(shí)現(xiàn)更好的受力，因此連續(xù)剛構(gòu)橋梁具有比連續(xù)梁橋更大的跨越優(yōu)勢(shì)。V型墩連續(xù)剛構(gòu)橋梁則進(jìn)一步減少了主跨跨徑，同時(shí)消弱墩頂負(fù)彎矩峰值，一定程度上，具有受力合理、構(gòu)造輕盈、外形美觀等優(yōu)勢(shì)，因此得到大量應(yīng)用。

V墩連續(xù)剛構(gòu)橋相比于薄壁墩連續(xù)剛構(gòu)橋具有可比性的經(jīng)濟(jì)造價(jià)，且能夠降低墩柱內(nèi)力的分配。隨著我國(guó)橋梁建設(shè)的大發(fā)展，各種不同的橋梁型式都在嘗試設(shè)計(jì)應(yīng)用，隨著景觀設(shè)計(jì)越來(lái)越受到重視，V墩連續(xù)剛構(gòu)橋梁將會(huì)得到更加廣闊的發(fā)展。論文詳細(xì)介紹V墩連續(xù)剛構(gòu)橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從而總結(jié)其設(shè)計(jì)要點(diǎn)和施工難點(diǎn)，并提出相關(guān)應(yīng)對(duì)措施和解決方法，以期推進(jìn)V墩連續(xù)剛構(gòu)橋在我國(guó)的設(shè)計(jì)應(yīng)用。

2 V墩連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

(1) V型墩縮短了橋梁主跨，降低主跨正彎矩，從而降低主梁梁高，節(jié)省材料。與豎直墩的連續(xù)剛構(gòu)橋或者連續(xù)梁橋相比，有效減弱了主梁中墩頂部區(qū)段的負(fù)彎矩峰值，同時(shí)降低了墩柱的彎矩受力。墩柱的受力以承受軸向壓力為最優(yōu)，V型墩則通過(guò)將彎矩最大程度轉(zhuǎn)換為軸力，改善了墩柱受力性能。

(2) V墩連續(xù)剛構(gòu)主梁高度的降低，可以有效降低橋面標(biāo)高，從而有利于橋頭引道縱坡緩和，有利于城市道路非機(jī)動(dòng)車輛及行人的使用，同時(shí)較低的結(jié)構(gòu)建筑高度也可以非常有效地減少橋頭引道的工程規(guī)模。

(3) 從結(jié)構(gòu)景觀上，V墩型式結(jié)構(gòu)輕盈，線條優(yōu)美，橋型剛勁有力又不失柔美，對(duì)于景觀要求高的城市橋梁選型提供了一個(gè)較好的比選橋型方案。

(4) V型墩連續(xù)剛構(gòu)橋適合分段預(yù)制吊裝，也適合掛籃懸臂施工，可選的施工方法較多，且由于其本身的墩梁固結(jié)特點(diǎn)，在懸臂掛籃施工中不需進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換，簡(jiǎn)化施工工藝，使得結(jié)構(gòu)受力更加明確，施工簡(jiǎn)便。

3 V墩連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

3.1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

V型墩連續(xù)剛構(gòu)橋主梁一般采用變高箱梁截面型式，對(duì)于跨徑較小的V墩連續(xù)剛構(gòu)，可以采用等截面主梁。此時(shí)一般將主跨段和V墩段采取分開(kāi)預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)吊裝安裝后再將主梁結(jié)構(gòu)在V墩節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行連接，這種結(jié)構(gòu)型式雖然外形是V墩剛構(gòu)橋，但結(jié)構(gòu)受力是連續(xù)梁橋的模式，因此并不是真正意義上的V墩連續(xù)剛構(gòu)橋。

因此，對(duì)于跨徑較大的V型墩連續(xù)剛構(gòu)橋基本采用懸臂澆筑施工工藝，主梁采用變截面型式以適應(yīng)更大的跨越要求。主梁一般采用整體箱梁結(jié)構(gòu)型式，配合縱向、橫向、豎向的三向預(yù)應(yīng)力形成主梁結(jié)構(gòu)體系。由于主要采用懸臂澆筑施工工藝，縱向預(yù)應(yīng)力的配置應(yīng)結(jié)合懸臂澆筑工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，包含縱向懸臂鋼束、腹板下彎束和合攏鋼束。此外，V型剛構(gòu)橋需要配置一定數(shù)量的橫隔板，特別是在V型墩與主梁連接處，該處的構(gòu)造及局部受力較為復(fù)雜，需要根據(jù)力流傳遞進(jìn)行構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，以保證主梁與墩柱之間剛度過(guò)渡的順暢性，又使得主梁的彎矩能夠最大程度轉(zhuǎn)化為墩柱的軸向受力。

3.2 關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)

V墩剛構(gòu)橋的主要設(shè)計(jì)參數(shù)是V墩傾角和墩身尺寸，其中V墩傾角直接影響上部結(jié)構(gòu)的邊中跨比，而墩身尺寸則決定墩柱與主梁的剛度比，控制墩梁的受力性能。

V墩傾角一般指V型墩與豎直線的夾角，顯然，較小的V墩傾角則使得V墩之間過(guò)渡段太短，一方面不能發(fā)揮V墩釋放中支撐負(fù)彎矩的效應(yīng)，另一方面梁體的主跨跨徑并沒(méi)有得到有效降低，其適用范圍有限。較大的V墩傾角，則使得V墩本身受力較難滿足要求，同時(shí)V墩之間的主梁跨越長(zhǎng)度較大，需要針對(duì)性的配置預(yù)應(yīng)力鋼束，從而使得剛構(gòu)體系變得復(fù)雜。實(shí)際上，V墩的傾角應(yīng)該結(jié)合橋梁的跨徑長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得V型剛構(gòu)具有適宜的邊中跨比，同時(shí)，應(yīng)盡可能保證V墩下行節(jié)點(diǎn)直接作用在承臺(tái)基礎(chǔ)上。近年來(lái)，有部分Y墩剛構(gòu)橋的設(shè)計(jì)應(yīng)用，應(yīng)該注意到，這種Y型墩柱的受力相對(duì)V型墩更復(fù)雜，特別是在Y型三叉節(jié)點(diǎn)位置，往往成為整個(gè)結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)。如果三個(gè)分支沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)的理想軸力狀態(tài)，附加彎矩的作用很容易使得該節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生開(kāi)裂和破壞，因此，應(yīng)盡量將V墩下節(jié)點(diǎn)直接作用在承臺(tái)基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)化墩柱受力。

V墩尺寸直接決定了墩身與主梁的剛度比，墩梁剛度比在連續(xù)剛構(gòu)橋中對(duì)于結(jié)構(gòu)整體受力具有很大的影響。一般情況，在滿足墩身受力的情況下，墩柱越柔，對(duì)上部結(jié)構(gòu)的彈性支撐效應(yīng)越好，相應(yīng)的次內(nèi)力也越小，結(jié)構(gòu)受力更加合理。如果墩柱剛度很大，則根據(jù)荷載效應(yīng)的剛度分配原則，墩柱所承受的彎矩也越大，這與墩柱以承擔(dān)軸向力為主的理念不符，因此容易出現(xiàn)長(zhǎng)期耐久性甚至安全性問(wèn)題。設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)跨度和主梁剛度等參數(shù)多次試算對(duì)比，優(yōu)化V型墩的尺寸。

4 V墩連續(xù)剛構(gòu)橋施工要點(diǎn)分析

V墩連續(xù)剛構(gòu)橋基本采用連續(xù)剛構(gòu)橋的掛籃懸臂施工工藝，因其施工狀態(tài)就是最終的結(jié)構(gòu)成型狀態(tài)，因此不存在多次的結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)化問(wèn)題，故V型剛構(gòu)橋施工的難點(diǎn)與常規(guī)的連續(xù)剛構(gòu)橋一樣主要是邊、中跨合攏問(wèn)題，特別是大跨度橋梁，由于V墩剛構(gòu)主梁對(duì)V墩位移的敏感性，使得其合攏控制更加困難。此外，V墩本身的施工也是關(guān)鍵點(diǎn)之一。

4.1 V墩施工要點(diǎn)

V型墩大都采用現(xiàn)場(chǎng)支架澆筑施工，但由于V墩的構(gòu)造特點(diǎn)，其現(xiàn)場(chǎng)施工的支架體系也有所不同，表1給出了目前多座已建V墩剛構(gòu)橋梁的V型墩施工方法，可見(jiàn)V型墩尺寸(跨徑)不同，所用施工方法不一。中小跨徑可以采用預(yù)制拼裝施工，較大跨徑需要采用勁性骨架和斜拉支架提供模板支撐平臺(tái)，具體施工方法需要根據(jù)施工處橋址環(huán)境特點(diǎn)、V墩尺寸、施工難易度比選確定。見(jiàn)表1。

表1 已建V墩連續(xù)剛構(gòu)橋的V墩施工工藝

4.2 合攏施工

合攏施工是連續(xù)剛構(gòu)橋的關(guān)鍵施工難點(diǎn)，涉及到合攏順序、合攏時(shí)機(jī)和合攏跟蹤監(jiān)測(cè)三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

首先，應(yīng)該確定合理的合攏順序，具體的合攏方式根據(jù)結(jié)構(gòu)受力和結(jié)構(gòu)狀態(tài)取定，在常規(guī)的施工組織下，往往先合攏邊跨，將雙懸臂體系首先轉(zhuǎn)換為單懸臂體系，降低結(jié)構(gòu)的機(jī)動(dòng)性和不確定性；之后再合攏中跨，將兩個(gè)單懸臂體系轉(zhuǎn)化成連續(xù)剛構(gòu)體系，完成全橋體系轉(zhuǎn)換；

其次，合攏時(shí)機(jī)的選擇?？紤]V型剛構(gòu)橋?qū)儆诙啻纬o定結(jié)構(gòu)，合攏時(shí)外界溫度、日照溫度以及澆筑初期混凝土收縮徐變等因素對(duì)V墩剛構(gòu)橋的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)影響很大，合攏施工時(shí)機(jī)選擇應(yīng)控制在一天中環(huán)境氣溫最低，且溫度變化幅度較小的時(shí)段進(jìn)行。同時(shí)，大跨徑V墩剛構(gòu)還受風(fēng)荷載影響較大，因此也應(yīng)該在風(fēng)荷載較小的天氣進(jìn)行合攏施工；

最后，合攏過(guò)程的施工監(jiān)控。由于合攏質(zhì)量直接影響橋梁的成橋狀態(tài)，因此需要對(duì)每一個(gè)合攏步驟進(jìn)行控制，確保在施工可控范圍內(nèi)。另外，相當(dāng)部分大跨徑V墩剛構(gòu)橋梁中跨合攏時(shí)，需要配合千斤頂?shù)仍O(shè)施對(duì)合攏段兩側(cè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行頂推以調(diào)整墩梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力，施工過(guò)程中除嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)頂推力施工外，頂推過(guò)程中頂推力的作用點(diǎn)、加載速度以及合攏位置主梁撓度的監(jiān)測(cè)控制等，都需要進(jìn)行精確控制，以使橋梁達(dá)到合攏預(yù)定狀態(tài)。

5 結(jié) 論

V墩連續(xù)剛構(gòu)橋具有結(jié)構(gòu)輕盈、受力合理、外形優(yōu)美等優(yōu)勢(shì)，在景觀要求較高的橋梁建設(shè)中愈加受到青睞。論文分析了V墩連續(xù)剛構(gòu)橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，總結(jié)了其設(shè)計(jì)要點(diǎn)和施工難點(diǎn)，以期推廣V墩連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計(jì)應(yīng)用。

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U442

C

1008-3383(2017)09-0119-02

2017-03-11

陳為高(1981-)，男，安徽安慶人，路橋工程師，主要從事路橋設(shè)計(jì)工作。