连续刚结构桥设计要点浅析

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工业技术
刚构桥是预应力混凝土桥梁结构中的一种,起源于上世纪50年代,随着计算方式、施工技术和建筑材料的不断更新,刚构桥的理论体系和施工经验也越来越丰富,并最终以其优异的各项性能指标被广泛的应用于各类桥梁的建设当中。

随着经济的持续发展,桥梁的跨径不断增加,桥墩的高度也不断增高,为了适应新的建设要求,悬臂施工法应运而生,而该方法能否顺利实施的关键就在于体系的平衡,但传统的桥梁大多为墩梁铰接,无法满足这一要求,于是就逐渐出现了将墩梁固结在一起,依靠本身的刚度来抵御不平衡弯矩的T型刚构桥。

预应力混凝土连续刚构桥是将连续粱与T形刚构相结合的产物,主要应用于大跨径、高桥墩的桥梁建设当中,它的主要特点为:墩、梁、基础三者固结为一个整体共同受力；墩身的高度和形式均会对结构受力造成影响。

这就在结合了T形刚构和连续梁优点的同时回避了它们的缺点,连续刚构桥也因此获得了非常广泛的应用。

1 连续刚结构桥的分孔比例问题
连续刚结构桥的边跨与中跨比首先取决于桥梁整体布置与周围环境的协调性,在满足这一条件的基础上再考虑方便施工和内力的合理分布。

目前国内外已经建成的连续刚结构桥的边跨与主跨比大多在0. 55～0.58之间,远远小于变截面连续粱桥的0.7～0.8。

实践证明,采用这种比值可以在边跨悬臂端将导梁支撑于边墩上,避免了设置落地支架,从而在一定程度上降低了施工的难度。

2 连续刚结构桥的合理截面问题
2.1截面的形式
连续刚结构桥大多采用箱型截面,如果箱顶宽小于22m,则可采用单箱单室；如果箱顶宽度更大,则可分为上下双行,从而形成双幅桥,将截面分为两个单室箱。

2.2主梁的高度
(1)连续刚结构桥箱梁根部的高跨比在大多数情况下处于l/15～l/20.6之间,通过对已经建成的桥梁的比较和分析,得出变截面梁墩顶处的梁高与最大跨径的关系
为:h
1=0.056l
max
+0.26。

其中的l
max
指的是连
续刚结构桥的最大跨径,单位为m。

(2)连续刚结构桥主梁跨中箱梁的高跨比大多为l/54～1/60,通过对已经建成桥梁的比较和分析,得出跨中梁高与最大跨径
的关系为:h
2=0.015l
max
+0.94。

其中的l
max
指
的是连续刚结构桥的最大跨径,单位为m。

可以看出,随着跨中部位重量的减轻,
设计人员可以选择更小的主梁跨中高度,
进而减小高跨比,所以说主梁高跨比的减
小是桥梁上部结构向轻质化发展的表现。

3 连续刚结构桥的的温度内力问题
连续刚结构桥固结在一起的墩梁实际
上是一种超静定结构,为了防止其温度内
力超过额定值,在设计时必须采取以下结
构和措施。

3.1限制总长
随着大伸缩装置的利用和设计水平的
提升,连续刚结构的长度不断增加,就我国
已经建成的桥梁来看,最长的连续刚结构
桥的总长已经达到了1.06km,虽然桥梁长
度的增加是社会发展的必然结果,但是为
了避免温度内力过大,在设计时必须要对
总长度进行限制。

3.2减小桥墩的抗推刚度
有关研究表明,刚结构桥的温度内力
会随着桥墩的抗推刚度的减小而降低。

虽
然现阶段的连续刚结构桥大多应用于高墩
的场合,但如果将其桩基设计成为柔性,同
样可以有效降低其抗推刚度。

3.3限制合拢温度
由于连续刚结构桥采用的是悬臂浇筑
施工,因此需要在完成最后一个粱段的浇
筑后进行主梁的合拢。

如果合拢温度选择
不够合理,那么就会因为温差而产生一定
的位移,进而影响桥梁的稳定性。

因此在设
计中必须准确、严格的对合拢温度进行限
制。

4 连续刚结构桥的结构分析问题
4.1纵向计算
连续刚结构桥的计算荷载主要包括混
凝土的收缩徐变、预应力的作用、整体和局
部温变、风力、支座摩阻力、汽车制动力、支
座强迫位移以及活载,另外还要注意对各
粱段的内力、应力和挠度进行计算和验算。

4.2横向内力计算
对于箱梁横向内力的计算一般采用弹
性支承平面框架进行,对于汽车的荷载则
要先计算其纵向荷载的影响宽度,在将其
换算成集中荷载,在计算过程中,还要充分
考虑到预应力和温度的影响。

4.3桥墩对主体结构的影响
连续刚结构桥的墩梁是固结在一起的
整体,因此极易受到收缩徐变、汽车荷载和
温度变化的影响,另外,高墩的连续刚结构
桥一般处于峡谷地带,由于风力强劲,因此
高墩必须在满足稳定性要求的同时抵抗强
大的风荷载,所以在设计时应注意以下方
面:
(1)要保证具有一定的纵向抗推刚度,
从而抵御来自混凝土收缩徐变、温度所带
来的影响。

(2)要使墩柱具有较大的横桥向刚度,
从而减小因风荷载而产生的侧向位移,以
增强行车的舒适性。

(3)最大限度的减小墩柱的横向迎风面
积,并注意减小其风载体形系数,改善气动
外形。

(4)由于高墩的施工一般采用爬模或滑
膜的方式,因此在设计时应尽量保证外形
的简洁性,以降低施工的难度。

(5)由于高墩连续刚结构桥的体形一般
都比较大,因此具有一定的景观效果,在设
计过程中应予以考虑。

4.4竖向预应力的设计要求
在连续刚结构桥的设计中,要在箱梁
的腹板内设置竖向预应力筋,从而提高其
抵抗拉应力的能力,以便防止因主拉应力
过大而造成腹板开裂。

钢筋的应尽量选择
精轧螺纹钢筋,它的优异性能可以在极限
状态下承受一部分竖向力。

需要注意的是,
如果设计中的竖向预应筋过短,就很容易
损失掉大部分的预应力。

5 结语
连续刚结构桥是近年来在我国桥梁建
设中广泛应用的一种预应力混凝土桥梁结
构形式,虽然在设计中需要考虑的因素较
多,但是它仍然具有很大的发展潜力。

就目
前的实际情况来看,世界各国在连续刚结
构桥建设技术上的差距并不明显,因此我
国的研究人员更应抓住机遇、深入研究、积
极探索,从而使我国在此类桥梁的建设上
走在世界前列。

参考文献
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设计原理[M].天津:天津大学出版社,
2010.7.
[2]陈宜言.波形钢腹板预应力混凝土桥设
计与施工[M].北京:人民交通出版社,
2009.9.
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京:清华大学出版社有限公司,2008.10.
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京:人民交通出版社,2008.10.
[5]马运朝.城市桥梁工程[M].北京:人民
交通出版社,2008.7.
连续刚结构桥设计要点浅析
黄海
(江苏伟信工程咨询有限公司江苏南京 210029)
摘要:刚结构桥起源于20世纪50年代,是预应力混凝土桥梁结构中的一种。

随着理论和技术水平的不断提高以及施工要求的不断提升,
在它的基础上衍生出很多桥梁结构形式,连续刚结构桥就是其中的一种。

本文主要对连续刚结构桥设计中的分孔比例、合理截面、温度内
力和结构分析等问题进行了探讨。