覃揚韜 周群 楊雨晨

摘要：針對大跨PC連續(xù)剛構橋設計中的重點和難點，文章以某（45+2×80+45） m大跨PC連續(xù)剛構橋為工程背景，在統(tǒng)計國內多個設計實例的基礎上，總結筆者多年設計經驗，對大跨PC連續(xù)剛構橋設計中的結構參數擬定、結構預應力設計、結構分析計算等多個設計要點進行了全面的分析與研究，為此類橋梁設計提供參考與借鑒。

關鍵詞：橋梁工程;連續(xù)剛構橋;參數擬定;結構計算;設計要點

0 引言

剛構橋以其良好的結構整體性能、較大的抗扭剛度、較優(yōu)的抗震性能等特性，在300 m跨徑內極具優(yōu)勢地成為主流橋梁結構體系之一，尤其在深溝峽谷或通航河道等地區(qū)得到廣泛應用[1-4]。

隨著國內外大量大跨PC連續(xù)剛構橋的建成，業(yè)內人士不斷總結該橋型的經驗參數，各構造尺寸逐漸在業(yè)內形成了一定的取值范圍[5-7]，針對剛構橋設計中的重點和難點，設計師們結合各橋不同的特點，也總結了不少設計經驗[8-9]。

本文以某（45+2×80+45） m剛構橋為背景，統(tǒng)計設計多個實例，總結筆者多年設計經驗，對大跨PC連續(xù)剛構橋設計中的參數擬定、預應力設計、結構計算等多個設計重點和難點進行了全面的分析與研究，為此類橋梁設計提供參考與借鑒。

1 工程概況

背景工程位于廣西東南部，跨越潯江的一條支流，該河道全長196 km，流域面積4 000 km2，橋址處河面寬約185 m，水深約6～8 m。河道順直、水流較緩，河岸兩側地形平坦，下伏基巖為中風化泥質粉砂巖，場地地質穩(wěn)定。

受水位、航道的影響，以服從通航要求為主，主橋跨徑設定為2×80 m。經方案比選和方案審查，根據橋位處的地形、地貌、通航要求、水文等因素，主橋上部結構采用（45+2×80+45） m預應力混凝土連續(xù)剛構箱梁，邊、主跨比為0.562 5?？紤]到城鎮(zhèn)遠景綜合交通規(guī)劃總體布置與自然條件的協調，兩側引橋各采用（2×30） m預應力混凝土小箱梁。主墩設計成雙薄壁墩，樁基礎。

2 結構尺寸分析與擬定

剛構橋在結構尺寸擬定前需重視設計資料的收集，為尺寸擬定提供依據。結合橋址處地形地貌，對橋址的平、縱、橫斷面進行勘測。調查橋址處水文和地質等資料，通航河道需進行必要的行洪分析和通航論證。

2.1 主梁尺寸分析與擬定

據統(tǒng)計，剛構橋邊主跨比一般在0.52～0.58間，此值過小可能會導致邊墩負壓力的出現，過大則導致邊跨現澆段過長，使邊跨現澆段施工較為困難，尤其在一些跨峽谷的山區(qū)，在無法搭設邊跨現澆段支架的情況下，一般會把此值取得相對較小，選擇在邊墩上搭設懸臂現澆段支架。

為減輕結構自重，方便施工，連續(xù)剛構類橋梁一般采用抗扭剛度大的箱形截面，梁底線形通常選用拋物線，從而與彎矩圖相適應，當橋梁寬度<20 m時常采用單箱單室截面。

通常情況下：

h支=（1/15～1/20）L

h中=（1/30～1/50）L

為減輕結構自重，往往跨徑越大取值越小。有時為了增加主梁剛度，改善主梁應力狀態(tài)，也可適當增加梁高。

頂板順橋向一般為等厚，滿足橫向預應力筋的構造要求，腹板厚度一般在（1/4～3/8）L處加厚腹板，總厚度一般約為橋寬的1/10。

單箱室底板寬度一般為橋面寬度的1/2，翼板寬度一般為箱室寬的1/2。在不設橫向預應力筋時，宜控制在3 m內。見圖1。

本橋主梁形式為單箱單室，頂寬12.5 m，底寬6.5 m，翼板寬3.0 m，支點梁高5.1 m，高跨比為1/15.7，跨中梁高2.6 m，高跨比為1/30.8。梁底曲線方程為y=2.6+0.001 876 5x2。

頂板等厚28 cm，腹板厚度由45 cm漸變至60 cm，底板厚度由30 cm按2.0次拋物線漸變漸變至60 cm。

2.2 主墩尺寸分析與擬定

剛構橋主墩一般均設計得較柔，主要形式有單肢、雙肢實體式、薄壁空心式等。據統(tǒng)計，當跨徑L在80～160 m之間，墩高50 m>H>L/10 m時，一般采用雙肢薄壁墩，墩中距一般為墩高的1/5～1/4且與主梁高度相近，墩厚一般取墩中距的1/6～1/4，與梁高之比一般為0.15～0.25。也可采用b=1.340 2-0.086 4S+0.081 6 H+0.01這一統(tǒng)計回歸公式（S-雙肢間距，H-墩高，L-主跨徑）。

本橋主墩設計為雙薄壁實心墩，墩高19.0 m，墩厚1.0 m，肢間距4.0 m，寬6.5 m。

3 結構預應力分析與設計

剛構橋跨徑的不同，配束的原則和方法也有些許區(qū)別，但總體上基本一致。一般情況下在運營階段，主梁按全預應力構件設計，跨中下緣壓應力值宜≥（1+L/100）MPa（L-主跨徑，m）。

縱向腹板束錨固點一般設置在截面豎向高度1/2偏下附近。當然，對于梁高較高的截面，一般考慮施工方便，也會相對再靠下一些。頂板束錨固點一般設置腹板頂承托中。此外，縱向束布置應綜合分析考慮與豎向束、橫向束及普通鋼筋間的位置重疊，并考慮管道凈距和錨固間距的合理取值。

豎向預應力束一般采用預應力螺紋鋼筋，梁高>6 m時可采用鋼絞線。為了改善墩與梁固結處的受力，可把豎向預應力筋伸入至墩身內。

橫向預應力束由橫向受力情況和相關構造要求進行設置。

本橋為三向預應力體系，包括縱向、豎向和橫向三種預應力束。

縱向預應力有F-腹板束、T-頂板懸澆束、B-邊底板合龍束、M-中底板合龍束、D-邊頂板合龍束、Z-中頂板合龍束Y-備用束等，彎曲半徑為800～1 000 cm。

本橋縱向束采用鋼絞線，一共設計了有兩種形式12-7s15.2、15-7s15.2。豎向束為JL32精軋螺紋鋼筋束，橫向束為3-7s15.2鋼絞線。

4 結構分析計算

4.1 結構作用概況

據《公路橋涵設計通用規(guī)范》[11]，本橋計算跨徑取75 m，結構重要性系數取1.1。主梁為C55混凝土，橋面二期恒載共計69.45 kN/m。結構設計合龍溫度設定為15 ℃～20 ℃，體系升溫按+25 ℃計，體系降溫按-15 ℃計。活載（公路Ⅰ級及人群荷載）及非線性溫度變化按通用規(guī)范規(guī)定進行加載。

4.2 結構有限元模型簡介

本橋采用橋梁通用計算軟件MIDAS Civil 2019進行建模，結構單元均采用梁單元模擬，共166個梁單元，177個節(jié)點，邊支點與主梁節(jié)點、主墩頂與主梁節(jié)點為彈性連接（剛性）。見圖2。

4.3 主梁分析計算

按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（G 3362-2018）[12]對主梁進行各項計算，主要分析計算要點如下。

4.3.1 持久狀況承載能力極限狀態(tài)計算

基本組合作用下主梁1/2結構抗彎計算結果如圖3所示。

基本組合作用下主梁1/2結構抗剪計算結果如圖4所示。

分析圖3、圖4可知，荷載基本組合作用下，主梁截面抗力均大于其組合設計內力，即主梁截面抗彎、抗剪滿足規(guī)范要求。

4.3.2 持久狀況正常使用極限狀態(tài)計算

頻率組合作用下主梁1/2結構斜截面抗裂計算結果如圖5所示。

分析圖5可知，在荷載頻率組合作用下，主梁斜截面最大主拉應力為-0.15 MPa，即主梁斜截面抗裂滿足規(guī)范要求。

4.3.3 持久狀況和短暫狀況構件的應力計算

標準組合作用下主梁1/2結構斜截面抗壓計算結果如圖6所示。

分析圖6可知，在標準荷載組合作用下，主梁斜截面混凝土最大主壓應力為15.777 MPa，即主梁斜截面抗壓滿足規(guī)范要求。

施工荷載作用下主梁1/2結構斜截面抗壓計算結果如圖7所示。

分析圖7可知，在施工荷載組合作用下，主梁截面在施工階段中的最大壓應力為12.781 MPa，最大拉應力為0.232 MPa，同時，預拉區(qū)配置有配筋率≥0.2%的縱向鋼筋，即施工階段主梁邊緣混凝土法向拉、壓應力驗算均滿足規(guī)范要求。

4.4 主墩分析計算

按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（G 3362-2018）[12]對主墩進行各項計算，主要計算要點如表1、表2所示。

分析表1、表2可知，主墩承載力及抗裂設計均滿足規(guī)范要求。

5 結語

大跨PC連續(xù)剛構橋結構參數擬定、預應力設計、結構分析計算等一直是此類橋梁設計的重點和難點，本文以某（45+2×80+45）m剛構橋為背景，在統(tǒng)計國內多個設計實例的基礎上，總結筆者多年設計經驗，對大跨PC連續(xù)剛構橋設計中的參數擬定、預應力設計、結構計算等多個設計重點和難點進行了全面的分析與研究，基本概括了該類橋梁在設計過程中的設計要點，可為該類橋梁的設計提供參考借鑒。

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[11]G 3362-2018，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S].

作者簡介：覃揚韜（1984—），工程師，主要從事道路橋梁工程設計工作。