连续刚构桥梁结构设计及稳定性研究

连续刚构桥梁结构设计及稳定性研究

张智

珠海市规划设计研究院 广东 珠海 519000

摘要：随着经济的发展，我国的现代化建设的发展也有了改善。城市的建设促进了交通行业的发展，也为道路的建设指引了方向。近几年，高速公路的建设也变得如火如荼，然而，不管哪种道路，都有桥梁作为连接枢纽。从现阶段桥梁建设的情况来看，很多大跨度桥梁都采用连续刚构桥的结构形式，不仅达到了美观的效果，也在一定程度上提高了桥梁的稳定性和耐久性。

关键词：连续刚构桥梁结构设计；稳定性；研究

引言

连续刚构桥梁作为一种在高墩、大跨桥中广泛应用的柔性适应桥梁，桥梁跨度大，有利于满足建设要求。在连续刚桥梁建设中，此结构的桥梁具有承载能力强、适应性强等优势，能为建设企业带来更高的经济效益。在连续刚构桥梁设计过程中，应当关注结构稳定性，观察结构设计是否合理及安全。

1连续刚构桥的特点

1）连续刚构桥采用的梁板是连续的，梁板和桥墩之间采用无支座的固结方式。这种结构形式一方面保证了桥面的平顺性，另一方面又避免了支座的设置和更换带来的困难，在很大程度上为施工带来了便利。连续刚构桥由于其各部分连接方式的特殊性，使得其在某些方向的抗弯及抗扭刚度都相对较大，这为后期桥梁在使用过程中的安全和稳定打下了坚实的基础。2）连续刚构桥采用的柔性桥墩可以在很大程度上减少由于预应力混凝土在各种环境作用下所产生的微小位移和变形。连续刚构桥在大跨径桥梁中应用较广，选用的桥墩结构形式需要根据现场情况及温度、湿度等环境中引起的混凝土收缩徐变及纵向位移而定。在经过地形地势比较复杂，高差比较大的地区，可以采用高墩连续刚构体系，但当地势相对高差较小，而桥墩高度不够时，可以采用柔性更好的双薄壁墩，进而提高结构的承载能力。3）连续刚构桥的梁板连续性及桥墩的结构形式使得梁板内部结构的受力更加合理化，梁板中间的正弯矩相对较小，两侧的负弯矩也相差不大。另外，连续刚构桥采用墩梁固结的形式，与普通的桥梁相比，不再需要更换支座，可节省此项费用的开支，同时也优化了结构的受力，延长了结构的使用年限。4）连续刚构桥结构的跨径相对较大，一般在100~300m，根据连续刚构桥结构的受力性能分析，在施工过程中通常采用悬臂施工的方式。

2连续刚构桥梁的常见问题

2.1 箱梁开裂

第一，腹板斜裂缝。该问题也称为剪切裂缝，是箱梁中最容易发生的问题，发生该问题与横截面拉力及应力指标过大息息相关，截面尺寸不足及腹板发生弯曲容易诱发拉应力指标偏大的情况，进便会出现腹板斜裂缝。裂缝一般出现在主跨L/4位置及边跨点周围。第二，底板纵向裂缝。该裂缝与底板横弯不规则受力具有相关性，在底板应力影响下会导致底板发生崩裂问题。连续刚结构底板曲线一般是抛物线结构，一旦底板应力发生变化，容易自钢束中产生巨大的径向力，一旦发生横向变形，也容易导致底板产生裂缝，伴随连续刚结构发生变形，纵向裂缝的发生率较高。加之连续刚邹宇峰湖南交通职业技术学院讲师构底板具有较多的束板，在预应力施工阶段容易发生底板崩裂问题。第三，顶、底部诱发横向裂缝。在箱梁配置不全面的情况下，容易发生预应力改变，底板会出现横向裂缝。

2.2 跨中下挠

早期建设连续刚构桥梁的过程中，跨中下挠是非常常见的问题，随着刚构跨径增大，病害问题加重。比如，黄石大桥的主跨径距离为245m，经过为期10年的观察，下挠指数是323mm。对此，在设计过程中应关注预应力降低情况，一旦预应力发生长期损失，结构中的预应力强度不足会导致工程建设质量降低。

2.3 高墩刚度不足

大跨度连续刚构桥梁在施工过程中，会遇到地形复杂的地区。比如赫章特大桥的主墩高度为195m，也被称为亚洲第一高墩；三河水特大桥的最高主墩为183m。此类超高墩刚构桥梁一般跨度大，伴随桥址风速变化，横向荷载随之发生变化，桥墩横向刚度较高。但很多施工单位并未对高墩桥梁发生位移的情况展开分析，导致连续刚结构桥墩刚度不足，一旦出现横风，桥梁容易横向移动，导致位移度过大，会降低行车及行人的舒适性。

3连续刚构桥梁结构设计及稳定性研究

3.1模型构建

在结构化方法具体应用中，桥梁设计需首先构建模型，以实现结构设计离散化、结构设计模型化、荷载结构化设计简化。在结构设计离散化环节，需划分需要设计的桥梁目标，得到无限自由的结构模式，提升桥梁结构受力分析科学性。结构设计模型化负责对内部受力规律进行分析，以得到更为简洁的结构设计。荷载结构化设计简化需优选简单理想材料，模拟桥梁设计、结构，实现设计过程简化，为施工作业顺利推进提供依据。

3.2分析步骤

结构化方法在桥梁设计中的应用能够有效降低设计难度，这一设计需要基于数据流程图构建软件结构，实现设计质量模块化区分，并应用支持结构化的系统，这种桥梁设计在事务型结构和变换型结构的目标系统中有较高应用价值。在设计施工方案的过程中，设计初始点应为程序结构，为保障关联性，需结合各程序关系，具体的结构化系统设计流程可概括为：数据流图评审细化→所述类型判别→映射数据流图→开展上层结构模块设计→分解高层模块→开展中下层结构模块设计→模块结构优化→最理想结构获取→描述模块接口。

3.3施工技术保证措施

连续刚构桥采用的桥墩为柔性桥墩，刚度较小，允许结构产生较大的移位，特别是一些不规则，不对称的结构，桥墩在不对称荷载作用下会产生较大的弯矩，进而导致较大变形，其稳定性相对较差。为了改善这种情况，需要采取有效施工措施来保证结构的稳定性。现阶段，可以采用的措施有以下几种：当桥梁结构建筑高度较小且水深较浅时，可以搭设临时支架来加强桥梁的稳定性；在桥梁建筑高度较高且水较深时，可以采用三脚撑架架设在桥墩上部作为临时支撑结构，待结构整体施工完成后，再将一系列的辅助工具拆除。

3.4施工挂篮

在现浇段的起步长度内采用托架法，当托架上的混凝土浇筑长度达到一定值后，开始采用挂篮施工。挂篮施工是连续刚构桥悬臂浇筑成功的关键，挂篮施工是以桥墩为中心点，向两侧对称浇筑，由于挂篮施工的局限性，浇筑通常分段进行。挂篮的作用相当于普通施工中的脚手架，只不过是在空中施工，桥梁从浇筑到完成的整个施工工序都在挂篮上进行，其中包含了混凝土浇筑的各个方面，例如，安装模板，绑扎及焊接钢筋，安装预应力张拉设备，张拉预应力钢筋，等等[3]。挂篮在连续刚构桥施工中发挥了很大的作用，它的功能主要包含对于梁体节段各个位置的调整和运送，模板的运送和安装，各种施工材料的运送，各种机具材料的吊装，等等。正是由于挂篮的强大施工功能，使得对挂篮质量的要求相当高，不仅需要有足够的承重能力，还要求其具有足够的安全性和稳定性，并且要求其移动速度快，灵活性好等。

结语

在连续刚构桥梁结构设计过程中，容易发生梁开裂及桥墩刚度不足问题，设计过程中应当采取有效的应对措施，可采取优化上部结构及合理设置预应力钢束等方法。在桥梁施工过程中也要关注结构设计的合理性及稳定性，从而保证桥梁的整体耐久性满足要求。

参考文献

[1]杨清宝.桥梁设计中结构化方法设计实践[J].交通世界，2018（19）：92-93.

[2]李天柱.公路桥梁设计中结构化方法设计要点分析[J].城市建设理论研究（电子版），2018（8）：144-145.

[3]张淼.基于结构化方法的公路桥梁设计策略探析[J].公路工程，2019，44（5）：67-70，129.

[4]李申惠.桥梁结构化设计的分析与应用[J].中国公路，2020（5）：94-95.