多跨连续预应力混凝土变截面箱梁桥设计

多跨连续预应力混凝土变截面箱梁桥设计

徐磊

中设工程咨询（重庆）股份有限公司，重庆 400020

摘要：现阶段，随着社会的发展，我国的各行各业的发展也越来越迅速。根据通航论证报告，北航道桥梁单孔单向通航净宽不应小于68m，单孔双向通航净宽不应小于123m，净空高度不小于18m。综合经济适用的原则，最终按照三个通航孔设计，单个通航孔主跨跨径为110m。在保证主跨跨径的基础上，考虑结构受力的合理性，尽量满足边跨与通航孔跨径相匹配，从而达到功能、受力、景观等多方面的协调统一。

关键词：多跨连续预应力混凝土；变截面箱梁桥；设计

引言

大跨度预应力混凝土变截面连续箱梁与其他桥梁相比具有的优势主要体现在动力特性好、结构刚度大、伸缩缝少和行车舒适度高这几个方面，也正是因为如此，箱梁桥才在我国得到了广泛的应用，随之而来的问题就是梁体开裂现象出现频率的逐渐增加，因此，以施工为切入点，围绕着跨度预应力混凝土变截面连续箱梁展开探究是很有必要的。

1结构形式的选择

根据最高通航水位与通航净空的要求，北汊副航道桥主墩高度均在30m以上，在初步设计过程中，对变截面连续刚构与变截面连续箱梁进行对比分析。经过对比分析，在采用连续刚构的结构形式下，桥墩墩底在温度力下，最大拉应力达3.67MPa，桥墩基础产生较大不平衡力。对比两种方案，连续梁方案在静力计算中具有一定优势，桥墩在温度力下，承受较小不平衡力，梁体可自由伸缩，实现力的释放；刚构－连续梁方案在静力计算中，桥墩墩底承受一定拉应力，空心墩最不利荷载作用下产生1．78MPa拉应力。刚构－连续梁方案在动力计算中则显现出一定优势，通过桥墩固结，结构在地震动作用下，由中间两个主墩分担纵向地震力，较大地减轻单个主墩的地震荷载;对于连续梁方案，由于三个主跨的主梁纵向地震力均由主墩承受，对结构基础较为不利。经过对比分析，考虑以下因素:连续梁方案在静力上具有较好优势，且主梁受力合理，结构体系统一;通过采用减隔震支座，将E1地震作用由固定墩承担;E2地震动下，通过减隔震支座，由多个桥墩的墩顶支座共同耗能，也可以取得较好的抗震性能。最终选择连续梁方案为推荐方案。

2结构设计

2.1竖向预应力筋

研究结果表明，在针对箱梁桥所开展的设计工作中对竖向预应力筋进行合理应用，能够适当减少甚至彻底消除主拉应力，需要注意的是如果力筋存在过短的情况，往往无法建立其有效的预应力，那么竖向预应力筋具有的作用也就无法在施工过程中被最大化地呈现出来。随着该问题引起越来越多人的重视，各单位均从施工工艺的角度进行了相应的改进工作，并取得了一定的效果。例如对反复3次张拉、超张拉等工艺加以应用，但是通过对某大桥进行随机抽检可以发现，无浆的竖向预应力筋占抽检数量的70%，不饱满的竖向预应力筋占抽检数量的12%，开孔流水的竖向预应力筋占抽检数量的38%，由此可以看出，导致有效预应力难以建立的原因并非仅仅局限在施工工艺这一个方面，以下两点内容也是需要施工单位引起重视的：其一，对环向预应力筋加以应用。环向预应力筋的原理是通过对预应力程度进行加长的方式，建立起大量预应力，将竖向预应力筋具有的作用进行最大程度上的发挥，主拉应力及剪应力自然会随之减少。对环向预应力筋进行设置的方法可以归纳为两种，首先是将其和横向预应力筋相结合，在悬臂端点、梁底处对其进行设置，其次是在梁顶面对连接在一起的2根竖向力筋进行拉张，再完成相应的错位布置工作。其二，对整体锚垫板加以应用。锚具的作用是保持后张预应力并对预加应力进行传递，对整体锚垫板加以应用，就像是在梁上、梁下之间加入一幅夹板，在锚垫板中放入腹板，可以保证预应力经由垫板完成多点连续传递的工作，应力空白区的面积自然会得到减少乃至彻底消除，腹板具有的抗剪力以及纵向的整体性都会具有明显的提高。

2.2箱梁构造设计

箱梁采用C50混凝土，单箱双室截面，主梁顶宽20．25m，两侧翼缘宽均为3．75m，底宽12．75m，每幅桥面设单向2%的横坡。连续箱梁中跨墩顶支点处梁高7m，跨中处梁高为3m，梁高为二次抛物线渐变。顶板悬臂端厚20cm，距离端部2m处设置转折点，相应位置处顶板厚50cm，悬臂板根部厚75cm。箱室内顶板厚度32cm，顶板厚度不变，在支点位置处加厚至60cm。底板采用变厚度布置，支点处厚度为100cm，跨中厚度为30cm，采用二次抛物线渐变。为适应不同位置处截面剪力，共设置三种腹板厚度。支点处腹板厚度为110cm，自根部到0号块端部渐变至70cm，中部30m长度主梁为等厚腹板，随后两个节段，腹板渐变至50cm直至跨中。中腹板沿主梁横向中心线渐变，边腹板沿腹板外缘线渐变。

2.3纵向预应力筋

作为近几年兴起的并得到广泛应用的纵向配直线束法之一，纵向预应力筋的优势主要体现在以下几个方面：其一，对设计、施工流程进行了简化；其二，在一定程度上减少了由于摩阻而带来的损失，为后续有效预应力的建立提供了方便。由于克服剪应力的方式主要是对密排竖向预应力进行配置，因此，虽然上文所提到的竖向预应力束能够减少部分主拉应力，但取得的效果往往是微乎其微的，导致该情况出现的原因主要如下：竖向直线束长度往往过短，伸长量小，无法建立有效预应力，实际建立值和设计值间存在较大差距，上述种种问题交织在一起，就会导致结构性裂缝出现在主拉应力的方向上。除此之外，主拉应力与剪应力往往是纵向分布的，利用密排竖向束和配直线束相结合的方式，无法从根本上消除应力空白区的存在，换言之，排间距具体是多少时，才能保证竖向束所对应有效预应力存在相应的交叉分布范围，并能够对应力空白区进行消除，这一数值到目前为止仍旧没有定论。基于此，对腹板的纵向预应力束进行合理布置，保证预应力所提供抗剪力可沿纵向连续分布，在此基础上尽量保证在腹板内对预应力束进行布置，通过对主拉应力进行减少乃至消除的方式，避免腹板裂缝的出现，提高施工质量。

2.4桥腹板斜裂缝加固维修思考

通过以上对桥产生腹板斜裂缝的原因分析及采用粘贴钢板进行加固维修的经验，桥变截面箱梁腹板斜裂缝的加固维修设计应综合考虑如何通过预加应力的方式来提高腹板的斜截面抗剪能力。可通过增加竖向预应力筋方式来提高腹板的斜截面抗剪切能力，具体加固维修做法如下:(1)对于腹板裂缝宽度≥0.15mm的裂缝采用压力灌浆法处理，对于裂缝宽度＜0.15mm的裂缝采用表面封闭涂装法修复。(2)在原有坚向预应力之间补充增加竖向预应力，增加的竖向预应力筋采用3股Φs8.6钢绞线配小型夹片锚将预应力筋锚固于腹板支承角钢筋上。根据斜截面抗剪的要求确定在原有竖向预应力筋中间增加的根数，张拉完成后喷涂HTCM抗拉复合砂浆。

2.5合理选取结构体系

结合桥梁实际建设条件，为确定合理的结构体系和总体布置，设计研究比较了连续梁及刚构－连续梁两种结构体系在力学性能上的优劣，分析了在静力及动力作用下不同体系对结构受力的影响。最终结合结构耐久性等因素，采用连续梁体系加减隔震支座的方式，使得结构在静力及动力作用下均有较好的结构性能。

结语

多跨高墩预应力混凝土变截面连续箱梁在结构体系、结构构件及构造细节上的设计，同时对其主要施工方法进行了介绍。变截面预应力混凝土连续箱梁桥是目前较为普遍的一种桥型，设计过程中的构思和考量可为其他类似项目的建设提供参考与借鉴。

参考文献

［1］湖北省交通规划设计院股份有限公司．武汉市四环线青山长江公路大桥施工图设计文件［Z］．武汉:2016．

［2］施颖，宣纪明，马春亭．大跨度预应力混凝土变截面连续箱梁桥设计［J］．桥梁建设，2003(4):41－43．

［3］魏安清．悬臂施工挂篮设计与施工技术［J］．北方交通，2007(8):36－39．