林志平 曾俊鋮 夏江泉 劉志權(quán)

（1.福建省高速公路集團(tuán)有限公司，福州 350001；2.福建省高速技術(shù)咨詢有限公司，福州 350001；3.寧德市交通建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，寧德 352100；4.同濟(jì)大學(xué)，上海 200092）

0 引言

連續(xù)剛構(gòu)橋適用于高墩大跨連續(xù)梁橋的建設(shè)， 這種體系梁與墩固接， 能通過主墩的柔性來適應(yīng)橋梁的縱向變形，在我國橋梁建設(shè)中已有較多的應(yīng)用[1]。 然而在大量的工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)， 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋跨中的下?lián)蠁栴}比較突出， 尤其是大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋的長期下?lián)细鼮閲?yán)重[2]。這一問題大大影響了預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的安全和使用性能，因此在設(shè)計(jì)這類橋梁時(shí)，采取相應(yīng)的對策來控制其跨中長期撓度顯得尤為重要。

長期以來，學(xué)者對連續(xù)剛構(gòu)橋的長期下?lián)咸岢隽硕喾N設(shè)計(jì)應(yīng)對策略。鄭萬成[3]從改善設(shè)計(jì)水平的角度出發(fā)，分析了改善高跨比、增加頂板負(fù)彎矩束、增加支點(diǎn)區(qū)域底板厚度等手段，來減少連續(xù)剛構(gòu)橋運(yùn)營期間的長期下?lián)希缓诬奫4]通過對廣州市某橋的有限元計(jì)算分析，研究并評價(jià)了控制連續(xù)剛構(gòu)橋長期下?lián)系膸追N方法，包括荷載平衡法調(diào)整鋼束布置、調(diào)整施工措施、預(yù)留備用鋼束、設(shè)置體外預(yù)應(yīng)力等；郭文君[5]結(jié)合晉蒙黃河大橋的建設(shè)，從跨徑、跨數(shù)、縱坡、梁底線形、橋墩高度、預(yù)應(yīng)力體系等方面， 提出了改善連續(xù)剛構(gòu)橋跨中下?lián)系囊恍┰O(shè)計(jì)和構(gòu)造措施。

本文在目前已有的相關(guān)研究的基礎(chǔ)之上， 以寧德沈海復(fù)線雙福高速公路桐山溪特大橋?yàn)楣こ瘫尘埃?建立了有限元計(jì)算模型， 分析了預(yù)應(yīng)力束和附屬設(shè)施的設(shè)計(jì)優(yōu)化措施對大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋長期下?lián)系挠绊憽?/p>

1 工程概況

桐山溪特大橋主橋?yàn)?（104+200+104）m 的三跨預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)剛構(gòu)橋，如圖1。 左右幅采取分離布置，單幅為單箱單室箱梁截面。上部結(jié)構(gòu)按全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)，采用三向預(yù)應(yīng)力體系。主橋采用掛籃懸臂澆筑法施工。

圖1 桐山溪特大橋總體布置圖（單位：m）

桐山溪特大橋主橋單幅箱梁標(biāo)準(zhǔn)斷面如圖2 所示，箱梁頂寬12m，底寬7m，頂板懸臂長度2.5m，懸臂板端部厚20cm，根部厚80cm。 箱梁高度由距主墩中心5.5m 處向跨中方向94.5m 段按1.5 次拋物線變化， 跨中處箱梁高度為4.57m，支點(diǎn)處箱梁高度為12.57m。 箱梁根部底板厚119.5cm，跨中底板厚32cm，底板厚度按直線變化；根部腹板厚90cm，跨中腹板厚50cm，腹板厚度在變化段按直線漸變， 由90cm 變至70cm， 再變至50cm； 頂板厚30cm。 梁頂設(shè)2%的橫坡。

選取單幅橋， 采用橋梁博士程序建立了桐山溪特大橋整體計(jì)算模型， 上部結(jié)構(gòu)共計(jì)126 個(gè)單元、127 個(gè)節(jié)點(diǎn)，計(jì)算模型如圖3 所示。

圖2 主梁標(biāo)準(zhǔn)斷面圖（單位：cm）

圖3 有限元計(jì)算模型示意圖

為便于觀察橋梁跨中長期下?lián)系淖兓厔荩?本文以各種情況下的成橋時(shí)跨中撓度為基準(zhǔn)， 以不同成橋時(shí)間后的跨中撓度與成橋時(shí)跨中撓度的差值作為 “跨中撓度增量”，對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行說明。

2 預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.1 懸澆束

桐山溪特大橋主跨為200m，懸臂施工時(shí)懸臂長度較大，懸澆束長度變化也較大，從20m 左右變化至300m 左右。 本文將橋墩0～37m 范圍內(nèi)的預(yù)應(yīng)力束稱為短束，距橋墩37m～71m 范圍內(nèi)的預(yù)應(yīng)力束稱為中長束， 距橋墩71m～99m 范圍內(nèi)的預(yù)應(yīng)力束稱為長束， 分別探討短束、中長束及長束的變化對跨中長期撓度的影響。

（1）短束

在其他條件不變的情況下， 分別將短束增加5%、10%與15%，得到跨中長期撓度的變化如圖4 所示。

可以看出，短束增加時(shí)，跨中長期撓度增量有所減小，但作用并不明顯，短束增加15%時(shí)，成橋30 年后的跨中撓度增量僅減小了2.4mm 左右。

（2）中長束

圖4 短束增加對跨中長期撓度的影響

圖5 中長束增加對跨中長期撓度的影響

在其他條件不變的情況下， 分別將中長束增加5%、10%與15%，得到跨中長期撓度的變化如圖5 所示。

可以看出，中長束增加時(shí)，跨中長期撓度增量相應(yīng)減小， 中長束增加對減小跨中長期撓度的作用比短束增加明顯，中長束增加15%時(shí)，成橋30 年后的跨中長期撓度增量減小了7mm 左右。

（3）長束

在其他條件不變的情況下， 分別將長束增加5%、10%與15%，得到跨中長期撓度的變化如圖6 所示。

圖6 長束增加對跨中長期撓度的影響

可以看出， 長束增加時(shí)， 跨中長期撓度增量相應(yīng)減小，長束增加對減小跨中長期撓度的作用比較明顯，長束增加15%時(shí)， 成橋30 年后的跨中長期撓度增量減小了6mm 左右。

由以上分析可知， 增加中長束對改善跨中撓度的長期增長效果最為明顯。 因此，設(shè)計(jì)過程中，在滿足結(jié)構(gòu)安全驗(yàn)算的前提下，可適當(dāng)增加中長束，以達(dá)到減小跨中長期下?lián)系哪康摹?/p>

2.2 中跨合龍束

增加中跨合龍束能提高跨中及附近梁段的預(yù)應(yīng)力度，減小跨中正彎矩，理論上能夠達(dá)到減小跨中撓度的目的。為研究增加中跨合龍束對跨中長期撓度的影響，在其他條件不變的情況下， 分別將中跨合龍束增加5%、10%與15%，得到跨中長期撓度的變化如圖7 所示。

圖7 中跨合龍束增加對跨中長期撓度的影響

可以看出，中跨合龍束增加時(shí)，跨中長期撓度增量相對減小， 中跨合龍束增加對減小跨中長期撓度的作用非常明顯，中跨合龍束增加15%時(shí)，成橋30 年后的跨中長期撓度增量減小了13mm 左右。與增加中長束相比，同比例增加中跨合龍束對改善跨中撓度的長期增長效果更加明顯。

桐山溪特大橋的中跨合龍束數(shù)量較多， 為進(jìn)一步研究不同種類的中跨合龍束對跨中長期下?lián)系挠绊懀?分別將底板短束、底板中長束、底板長束及體外束增加15%，得到跨中長期撓度的變化如圖8 所示。

可以看出，各類中跨合龍束增加時(shí)，跨中長期撓度增量均相應(yīng)地減小，但減小的幅度有所不同。 其中，在其他條件相同的情況下， 底板中長束增加對減小跨中長期撓度的作用最明顯，底板中長束增加15%時(shí)，成橋30 年后的跨中長期撓度增量減小了5mm 左右。

圖8 中跨各合龍束增加對跨中長期撓度的影響

由以上分析可知， 增加中跨底板中長束對改善跨中撓度的長期增長效果比較明顯。 因此，設(shè)計(jì)過程中，在滿足結(jié)構(gòu)安全驗(yàn)算的前提下，可適當(dāng)增加中跨底板中長束，以達(dá)到減小跨中長期下?lián)系哪康摹?/p>

2.3 邊跨合龍束

邊跨合龍束的張拉主要改變了邊跨的內(nèi)力水平，從而改變了邊跨的收縮徐變進(jìn)程。 對于超靜定的混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋來說，隨著收縮徐變的發(fā)展，橋梁將產(chǎn)生較大的次內(nèi)力并進(jìn)行內(nèi)力重分布， 影響結(jié)構(gòu)成橋時(shí)的位移與內(nèi)力狀態(tài)，同時(shí)影響累計(jì)誤差。

在其他條件不變的情況下， 分別將邊跨合龍束增加5%、10%與15%，得到跨中長期撓度的變化如圖9 所示。

圖9 邊跨合龍束增加對跨中長期撓度的影響

可以看出，邊跨合龍束增加時(shí)，跨中長期撓度增量并未減小，反而有略微的增加，邊跨合龍束增加對減小跨中長期撓度不利。 邊跨合龍束增加15%時(shí)，成橋30 年后的跨中長期撓度增量增加了1mm 左右。

由以上分析可知， 邊跨合龍束增加對跨中長期下?lián)喜焕?/p>

3 附屬設(shè)施設(shè)計(jì)優(yōu)化

線形控制是大跨徑混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋施工監(jiān)控的重要內(nèi)容。 線形控制的效果不僅與監(jiān)控單位的理論計(jì)算準(zhǔn)確性有關(guān)， 還與施工單位的技術(shù)實(shí)力及各參建單位的參與度有關(guān)。施工現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，線形控制往往存在一定誤差， 已建的大跨徑混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋線形控制效果參差不齊。為保證鋪裝及橋面構(gòu)造的景觀效果，桐山溪特大橋設(shè)置了6cm 的混凝土找平層，找平層重量占橋面系總重的40%左右。 全橋合龍后，橋面鋪裝、防撞護(hù)欄等產(chǎn)生的荷載會增加結(jié)構(gòu)運(yùn)營階段長期下?lián)系娘L(fēng)險(xiǎn)。然而，若不設(shè)置找平層， 則會對施工過程中的線形控制提出更高的要求。

為研究取消找平層對結(jié)構(gòu)的影響， 計(jì)算得到了取消找平層后跨中長期撓度的變化，如圖10 所示。

可以看出，與設(shè)計(jì)鋪裝時(shí)相比，取消找平層后，成橋30 年后的跨中截面長期撓度增量減小了8mm 左右，減小比例達(dá)到29%左右。因此，取消找平層對改善跨中長期下?lián)鲜怯欣模?但由此可能帶來的線形不平順問題需通過施工控制來消除。

圖10 取消找平層對跨中長期撓度的影響

4 結(jié)論

本文以主跨200m 的桐山溪特大橋?yàn)楸尘埃?分析了大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋在預(yù)應(yīng)力和附屬設(shè)施方面的設(shè)計(jì)優(yōu)化對策對橋梁跨中長期下?lián)系挠绊懀?得到了以下主要結(jié)論：

（1）懸澆束中，增加中長束對減小跨中長期撓度的效果最突出，中長束增加15%時(shí)，成橋30 年后的跨中長期撓度增量減小了7mm 左右； 增加長束的效果也較為明顯。

（2） 中跨合龍束的增加對跨中長期下?lián)系母纳谱饔梅浅Ｃ黠@，其中以增加底板中長束的效果最為顯著。中跨合龍束增加15%時(shí)，成橋30 年后的跨中長期撓度增量減小了13mm 左右。

（3）增加邊跨合龍束對橋梁跨中長期下?lián)喜焕?，跨中長期撓度并未減小，反而略微增加。

（4）取消找平層可以改善跨中長期下?lián)希蓸?0 年后的撓度增量可減小29%左右。 但這一措施可能會造成橋梁線形不平順，需要更精確的施工控制。