胡衛(wèi)東

甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院股份有限公司 甘肅 蘭州 730030

連續(xù)剛構(gòu)橋指主梁與墩身固結(jié)的連續(xù)梁橋，連續(xù)剛構(gòu)結(jié)合了T形剛構(gòu)在懸臂施工中保持體系平衡、有效利用橋墩的結(jié)構(gòu)潛能的優(yōu)點，又吸取了連續(xù)梁橋在整體受力上能承受正、負(fù)彎矩的優(yōu)點，所以在工程實踐中得到廣泛的應(yīng)用。

傳統(tǒng)的連續(xù)剛構(gòu)橋梁底板多為二次或多次凸形拋物線，為追求結(jié)構(gòu)形式的輕盈效果，中跨跨中截面高度往往很小，在后期運營過程中會出現(xiàn)不同程度的跨中下?lián)弦约翱缰械装灞懒哑茐?。并且過大的下?lián)蠒管囕v在通過橋梁時發(fā)生跳車現(xiàn)象，增加車輛荷載對橋梁的沖擊作用，危害結(jié)構(gòu)安全。

近年來，大量已建成大跨度連續(xù)剛構(gòu)出現(xiàn)持續(xù)下?lián)系那闆r，于1955年建成通車的黃石大橋（162.5m+3×245m+162.5m連續(xù)剛構(gòu)）通車7年后測得跨中最大下?lián)?0.5cm；1997年建成通車的虎門大橋航道大橋（150m+270m+160m連續(xù)剛構(gòu)）通車6年后測得跨中最大下?lián)?2.2cm；。每座連續(xù)剛構(gòu)橋梁都是投資巨大，后期的加固處置不僅費用不菲且無法從根本上解決問題，對橋梁結(jié)構(gòu)安全以及行車舒適度造成很大的影響。

傳統(tǒng)的大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋普遍存在主梁下?lián)线^大的問題，長期以來，將此問題歸因于混凝土收縮徐變、預(yù)應(yīng)力、施工方法等因素。通過多次研究表明，以上幾個因素對長度撓度的影響十分有限，基于此，從構(gòu)造入手，探究構(gòu)造因素對長期撓度的影響。

為此，吳國松等人提出了一種底板索水平布置預(yù)應(yīng)力混凝土變截面箱梁橋，將箱梁內(nèi)跨中底板相應(yīng)梁高的位置縱向設(shè)置水平錨固板，在跨中L/2截面至3L/8截面區(qū)段，水平錨固板和箱梁 底板融為一體。具體布置方式見圖1。

圖1 跨中底板索布置方式

對常見的幾種大跨度梁橋立面形式進(jìn)行對比可知，傳統(tǒng)形式連續(xù)剛構(gòu)（以下簡稱連續(xù)剛構(gòu)）的梁體跨中高度最小，T形剛構(gòu)和連續(xù)鋼桁架的梁高變化方式比較相近，且跨中截面高度均要大于連續(xù)剛構(gòu)，而水平底板索連續(xù)剛構(gòu)的立面線型則是更多的參照T形剛構(gòu)。橋型對比見圖2。

圖2 常見大跨度梁橋結(jié)構(gòu)形式對比

1 受力分析

取跨中梁段進(jìn)行局部受力分析，傳統(tǒng)連續(xù)剛構(gòu)跨中底板索沿底板線型與底板呈平行布置，根據(jù)力的疊加原理，可得，跨中處底板預(yù)應(yīng)力最大，且沿邊跨方向逐漸減小。

取跨中底板束某一節(jié)段進(jìn)行分析，將鋼束張拉力沿水平方向和豎直方向進(jìn)行分解。水平分力可以為梁體提供需要的預(yù)應(yīng)力，提高結(jié)構(gòu)剛度，但是豎向分力為無用分力，且無其他力進(jìn)行抵消。

對跨中底板索段進(jìn)行整體受力分析，將徑向分力簡化成跨中底板索段受到的徑向力，可以發(fā)現(xiàn)，均布徑向分力作用區(qū)間、作用方向與梁體下?lián)戏较蚝拖聯(lián)衔恢没疽恢隆Ｍ瑫r徑向力產(chǎn)生的初始變形向下，加劇箱梁下?lián)稀?/p>

2 徑向力量化分析

底板縱向鋼束完全沿底板曲線行走將導(dǎo)致較大的徑向力，任意點徑向力分力幾度q=T/R,其中T為該點有效預(yù)應(yīng)力，R為該點曲率半徑。

對該橋采用傳統(tǒng)設(shè)計參數(shù)確定底板變化形式，假定梁高變化采用1.5次拋物線，跨中梁高3m，支點處梁高9m，則梁高變化曲線為

利用MIDAS Civil建立建立橋梁模型，提取中跨在跨中底板索作用下的豎向位移。

由圖3可以看出，跨中底板曲線設(shè)置的連續(xù)剛構(gòu)橋位移明顯大于跨中底板水平設(shè)置，最大相差15%，由此可見跨中底板水平設(shè)置方式更優(yōu)。

圖3 底板索徑向力作用下的位移

3 水平底板索水平段長度的確定

水平底板索技術(shù)的關(guān)鍵參數(shù)有：等截面水平段長度、等截面水平段高度、水平段與曲線段的過渡方式。假定跨中梁高為4m，根據(jù)主孔跨徑及階段劃分長度，本橋的跨中底板索設(shè)置長度宜為58m，其中跨總合龍段為2m，按照單側(cè)水平段個數(shù)進(jìn)行區(qū)分，考慮到剛度原因及構(gòu)造原因，可選擇個數(shù)為3、4、5，即確定為26m、34m、42m進(jìn)行對比。

新莊壕大橋箱梁高度方程：

其中h中為跨中水平底板段梁高，l中為跨中水平底板段長度，x原點在跨中水平底板段端部。

調(diào)整等梁高段長度與箱梁高度方程，分別建立有限元模型。在連續(xù)剛構(gòu)橋的計算中，主要控制因素是應(yīng)力，同時考量本文主要研究的位移控制，從應(yīng)力和位移兩個維度去比較跨中水平底板段的設(shè)置。

分別建立跨中水平段長度分別為26m、34m、42m的連續(xù)剛構(gòu)有限元模型，得到中跨在基本組合工況下的板底豎向位移，見圖4。

圖4 不同水平段長度時的豎向位移（單位：mm）

得到中跨在不同水平底板長度時的底板最大組合應(yīng)力，見圖5。

圖5 不同水平段長度時的最大組合應(yīng)力（單位：MPa）

由以上三種不同水平段長度的分析結(jié)果可知：

1）對比中跨最大位移值，跨中水平段長度為34m的中跨底板豎向位移最大值最??；

2）對比中跨最大組合應(yīng)力值，組合應(yīng)力在絕大部分節(jié)段內(nèi)數(shù)值變化不大，在等截面和變截面交界處變化較為明顯，且隨著跨中水平段長度的增大而增大?？缰兴蕉伍L度的變化，在一定范圍內(nèi)能夠提高組合應(yīng)力的最大承載能力，但是當(dāng)超過一定的限值后，變化趨勢成負(fù)相關(guān)。因此在設(shè)計中，既要減小突變處的應(yīng)力，又要增加跨中最大組合應(yīng)力，所以水平段的長度應(yīng)適當(dāng)選取，結(jié)合組合應(yīng)力變化，跨中水平段長度為34m的設(shè)置方式更優(yōu)。

4 結(jié)論

通過對傳統(tǒng)連續(xù)剛構(gòu)橋跨中底板索的的受力分析，底板索的徑向分力是造成梁體下?lián)系闹饕?，通過對比有無徑向力的計算結(jié)果，可知水平底板索連續(xù)剛構(gòu)橋能夠在根本上解決跨中底板索徑向力對跨中下?lián)系挠绊?，但是跨中等梁高段的長度、高度等參數(shù)還是要根據(jù)跨徑、節(jié)段長度等綜合考慮試算得出，保證在滿足受力的前提下盡可能優(yōu)化結(jié)構(gòu)，提高構(gòu)造合理性。

1）從豎向位移上看，不同水平段長度變化大致相同，但是由于水平段長度不同，豎向位移達(dá)到最大值的位置也不同，其中34m的連續(xù)剛構(gòu)最大位移絕對值最小。不同水平段高度變化大致相同，隨著水平段高度的增大而增大，故不宜采用過大梁高。

2）從組合應(yīng)力上看，不同水平段長度變化大致相同，變化主要表現(xiàn)在等截面和變截面的交界處，其中26m最小，42m最大。在支點處，26m時組合應(yīng)力最大，所以水平段的長度應(yīng)根據(jù)應(yīng)力分布最優(yōu)來設(shè)計，故長度選擇為34m。不同水平段高度的變化趨勢大致相同，但綜合考慮支點處和跨中處的組合應(yīng)力，梁高選擇不宜太大或太小。