预应力砼连续刚构公路总体设计及主要尺寸

#预应力砼连续刚构公路桥总体设计及主要尺寸连续刚构桥的适用范PC连续刚构桥主跨跨径超过DOm后，不仅主梁因梁高较大导致恒载过大、受力不好，而且经济指标也不好。主跨超过m时，pc部分斜拉桥（也称矮塔斜拉桥）优于连续刚构桥，因为其主梁根部高度约为连续刚构桥主梁根部高度的一半，桥梁景观也较好。主跨在0叶300m之间，应首选部分斜拉桥。即使跨径在150叶200m之间时，也应对这两种桥型进行比较，择优选用。以上系指按三跨对称布置的连续刚构桥或部分斜拉桥。当为两跨等跨布置时，则成为单T刚构桥或独塔部分斜拉桥。刚构桥的跨径一般不宜大于0m两跨部分斜拉桥适用跨径为0m^180n。连续刚构与连续梁的混合体系国内已建成的连续刚构桥的连续总长度已突10n国内已建成的连续刚构桥的连续总长度已突10n。重庆黄花园大桥为137+3X250+13&1024m东明黄河大桥为75+7X120+75=990。所以，连续刚构桥的连续长度可以达1000m但是，连续长度过大，靠两边的几个桥墩因远离温度变形0点，将产生较大的水平位移，桥墩受力很不利。国内外一些较长的大跨度梁桥，采用中间区段为连续刚构，两边区段为连续梁的混合体系，结构力合理，称为刚构—连续梁。缺点是连续梁部分要设置大吨位支座，使用期需行更换。墩高对连续刚构桥的影响连续刚构桥为高次超静定结构，温度与砼收缩、徐变将产生次弯矩。当主墩较矮或抗推刚度较大时，对纵向地震影响不利，在墩顶还会出现较大的拉应力需要利用桥墩较小的抗推刚度（双壁墩E/（2L3））来降低上述次弯矩。一般情况下，墩身高度宜大于主跨跨径1的/10，否则应采取措施降低次弯矩。例如：在满足抗弯和稳定的前提下，减小墩身顺桥向厚度；1.2采用群桩基础，计入桩基柔度对墩身的影响；1.3利用边跨合拢前后的刚度变化对主梁进行加卸载，以改善墩身的受力；1.4将中跨底板预应力长索分三段锚固。其中两段在中跨合拢前锚固，一段在合拢后锚固，以减小底板束产生的次弯矩和砼收缩、徐变内力；1.5对于个别很矮的桥墩，不用墩梁固结，采用墩上设置活动支座。矮墩连续刚构桥的实例：主跨190m华南大桥，主墩墩身高度为m,东明黄河大桥主墩高度1叶12.3m某城市立交桥，跨径为+58+90+58,主墩高度为.25m-8.18m湖北翟家河大桥，跨径为5+160+85,两个主跨高度分别为m和95血孔跨布置4.1三跨连续刚构设中跨为L,边跨为L1及L2OL1=L2时为对称布置,L1HL2时为非对称布置。正常情况下，一般可取=/L（及L2/L）=0.52~0.60较为合适。边跨大或小各有利弊，分述如下。4.1.1边跨较小的优点⑴边跨现浇段长度较短，对施工有利。当边墩台较高时，可用导梁、托架或挂篮前推作为支架，现浇段可以不用落地支架。⑵边跨主梁端附近主拉应力较小，对防止箱梁腹板出现斜裂缝有利。⑶边跨满布活载，中跨空载时，对中跨受力有利。⑷当中跨长度一定时，边跨较小，则主桥长度较短。4.1.2边跨较小的缺点⑴边跨过小时，如边支承出现负反力，需采用拉压式支座或在边跨主梁内加配重的措施，边墩台的受力不好。⑵边跨较小时，主墩靠岸一侧的单柱轴力较小，另一单柱轴力较大。故外立柱的偏心距大，将产生较大拉应力。但可采取下述措施克服这个缺点：边跨合拢前，在边跨大悬臂端加压重，边跨合拢后卸载。结构分析表明，卸载后，外立柱仍可获得因加压增加压力90的%。中跨合拢前顶推主梁使主墩向岸方向产生水平位移然后锁定中跨合拢段，再浇边跨和中跨的合拢段砼。顶推力应根据计算确定。改变中跨底板纵向预应力钢束的张拉程一般是在中跨合拢后才张拉中跨跨中附近的底板钢束这，时将引起墩身弯矩此，弯矩与恒载墩身弯矩方向相同，对墩身受力不利。改为将部分底板钢束在中跨合拢前张拉，可减小墩身的弯矩边跨较大时的优缺点，与上述边跨较小的优缺点相反。4.2两跨T构两跨T构多采用等跨布置，对结构受力有利，也方便进行对称施工。例如贵州省贵毕公路小阁丫大桥，跨径8.1+138.1。0号梁段长16m,挂篮悬浇梁段长度为110.5m（—侧）靠桥台6.6m长为现浇梁段，合拢段长。有时受地形限制也，可以采用不等跨布置小。跨与大跨跨径之比不，宜过小，否则对桥墩受力不利。一般宜大0于.8。例如贵州省崇遵公路两岔河大桥，由于某种特殊原因，跨径为32m+126m小跨与大跨之比.9550号梁段长16m在托架上现浇,2X105.5n用挂篮悬浇施工，先合拢小跨端部5m梁段，然后再将大跨悬浇一个4.5m的梁段，最后浇筑大跨合拢段（亦为现浇段14长两跨T构，由于悬臂浇筑施工过程，悬臂长度大，主梁根部负弯矩大，导致主梁梁高较大在三跨正常布孔其中跨跨径与两构跨径相同的情况下后者主梁根部高度约为前者的1.6倍。所以，如果桥长相等，后者往往造价较高。对于两跨T构方案，要注意进行经济技术分析。多跨连续刚构四跨或四跨以上，可以对称布置，也可以非对称布置。1中跨间或几跨为主跨，跨径相等。边跨跨径一般逐渐减小。相邻两跨如跨径不等时，小跨与大之比，正常情况下不宜小0于.52。上限则比较灵活，有的桥达0到.8。以下是几座四跨或四跨以上连续刚构的孔跨情况，可供参考。广东洛溪大桥：5m+125m+180m+110m连续长度480m贵阳小关大桥：9m+125m+160m+160m+112n连续长度626m福建石崆山高架桥60m+115m+155m+115m+115m+115m+65连续长度740n。四跨或四跨以上连续刚构的一个重要特点就大是跨：与小跨对应的悬臂施工T构的长度不相等，出现大和口小T，设计和施工都更复杂一些。小边跨连续刚构有时受地形或其他条件限制可，能出现很小的边跨其，跨径与相邻较大跨径之比小于0.5。对桥墩和主梁受力不利，设计有下述两种处理措施：4.4.1当小边跨梁端的负反力较大难，以消除时，采用基础锚碇的方法平衡负反力。例如：⑴四川省泸州长江二桥，孔跨布置为5m+252m+54.75m小边跨箱梁通过5.25m长的合拢段与桥台刚性连接。按锚碇桥台设计，布置18根方形锚桩，通过设在锚桩内的在二[[竖向预应力束将桥台可靠地锚于基岩中。桥台彩长26m,与箱梁结构一致，两端加隔板，箱内斗用浆砌石填心，小边跨的纵向预应力束锚于台「尾。桥台为三向预应力结构。桥台构造见图他15哌应阔MS1離齢示倉（戦:曲⑵贵州省关兴公路落拉河大桥，孔跨布置为+166.5m+97<rn40m小边跨采用大截面等高度箱梁，并在梁端布議预应力锚杆。锚杆用32精轧螺纹钢筋，锚入基岩内Om,在梁顶张拉。锚杆纵间距100cm横向间距180cm每根锚杆张拉力20KN,4.4.2当小边跨跨径不是很小时，采用大、和调整边跨构造尺寸的方法协调恒载分布，以改善边主墩的受力。例如：⑴云南省三界怒江大桥孔跨布置为55+138+95,小边跨55m与中跨138m的比值为）.399。设计采取的协调措施是：主桥由一个m小T和一个176m大T组成，使小边跨端部不出现负反力。小边跨箱梁仍按正常情况进行结构设计（2）贵州省思南岩头河大桥，孔跨布置为5m+128.5m+92m小边跨53.5m与中跨128.5m的比值为0.416。设计亦采用大、小的方式协调内力。小边跨端部为正反力，箱梁按正常情况进行设计。靠小边跨的主墩较矮，墩顶截面出不大于3MPa的拉应力，布置竖向预应力筋。主梁构造与尺寸5.1箱梁高度连续刚构桥几乎都采用变高度箱型断面，故仅对箱型断面进行论述。三跨对称布置时的主梁高度⑴主梁根部高度早期设计的连续刚构桥，主梁根部高度多为8〜L/20（L为中跨跨径，下同）。表1部分早期连续刚构桥主梁根部高桥名孔径（n）h(m)h/L建成时间虎门大桥辅航道桥150+270+15014.81/18.241997黄石长江大桥162.5+3<245+162.513.01/18.851995三门峡黄河大桥105+4X160+1058.01/201993广东石南大桥75+135+757.51/181991东明黄河大桥75+7X120+756.51/18.461993南海金沙大桥66+120+666.01/201994珠海大桥70+2X125+706.81/18.381993安徽南肥河大桥45+75+454.01/18.751995近年连续刚构桥出现了一些病,害主要是箱梁腹板产生斜裂缝和跨中挠度过大，箱梁根部高度有增大的趋势，大约在4L/17之间。⑵主梁跨中高度主梁跨中高度大约在/4AL/60之间。当跨径较小时，从构造和方便施工考虑，跨中梁咼一般不宜小于。5.1.2两跨T构的主梁高度国内外已建成的两跨构桥很少。主要原因是主梁高度大，不经济。贵州省已建成的两座两跨构桥：小阁丫大桥跨径38.1m+138.1，主梁根部高度为13.4m两岔河大桥跨径为32+126m主梁根部高度为3.4m主梁根部高度约为L/10。两座桥主梁端部梁高均为lm约为L/34-L/3Z5.1.3孔跨非对称布置时的主梁高度孔跨非对称布置时，一般情况下会出大、。小列如：⑴云南省三界怒江大桥，孔径为m+138m+95m主桥由1个100m的小T和1个176m的大T组成小T的主梁根部高度为.5m大T主梁根部高度为.5m中跨跨中梁高为.5n。(2)贵州省思南岩头河大桥，孔径为.5m+128.5m+92m主桥由1个87m的小T和1个170m的大T组成。小T的主梁根部高度为.25m大T主梁根部高度为9.5m中跨跨中梁高为.2n。大、小T的根部梁高应按结构计算控制。作为初步拟定尺寸，下述两点可供参考：⑴大T的根部梁高约为大边跨跨径的L/10⑵小T的根部梁高约为2h-h1)，式+h=L/16-L/17；L为中跨跨径，1为大T根部梁高。中跨最小梁高约为中跨跨径1的/40。主梁高度变化曲线主梁高度的变化曲线，常用的有三种：按二次抛物线变化，按正弦曲线变化和按半立方抛物线变化。图2表示主梁从根部高度a变化到跨中高度b。几种变化曲线主梁高度hj的计算公式如下：TOC\o"1-5"\h\z⑴按圆曲线变化时：®=hb+[R-r2<-x）2]（5-1）i⑵按二次抛物线变化时h②=hb-^h（（L-x）/D2（5-2）i⑶按正弦曲线变化时h萨ha+^hsin（90x/D（5-3）i⑷按半立方抛物线变化时h^hb+^h（（L-x）/D3/2（5-4）i⑸按直线变化时（作对比用h⑤=hb+Ah（（L-x）/D（5-5）i式中：Zh二ha-hb（90x/D以度为单位，为圆曲线半径。当X相同时，且XHO,XHD,则有h①Vh②Vh③Vh④Vh⑤iiiii早期的设计多采用二次抛物线变近期由于多座连续刚构桥产生腹板斜裂缝，且常出现在/4附近，为了增大该区段的主梁高度，采用半立方抛物线变化有利于减小主拉应力但。有的论文则认为从,增大底板下缘曲率半径以减小预应力束径向力考虑，建议采用二次抛物线。箱梁顶、底板和腹板厚度顶板厚度根据箱的宽度和是否布置横向预应力筋，顶板跨中厚度在H35cm之间变化。一般情况下不小于cm.0号梁段和边跨现浇段梁端的顶板应加厚，一般加厚至50〜70cn。顶板两侧的根部要布置承托，其尺寸应根据顶板预应力钢束构造要求确定。箱梁两侧的悬臂板，其端部厚度一般5〜20cm。当布置横向预应力筋时，多用20cm根部设置承托，尺寸由顶板钢束构造要求确定。边跨梁端因设置伸缩缝，顶板厚度（含两侧悬臂板）要满足预埋锚固钢筋的要求。底板厚度跨中底板厚度一般取5〜35cn。主梁根部底板厚度一般取根部梁高的〜1/10。0号梁段底板应加厚，一般取根部梁高1/的6〜1/7。边跨现浇段梁端的底板厚度应按端横隔板的构造要求确定。从箱梁根部至跨中底，板厚度应采用渐变其，变化曲线多采用半立方抛物线或二次抛物线。腹板厚度腹板厚度主要取决于布置预应力筋和浇注砼必要的间隙等构造从要箱求梁。根部至跨中，根据跨径的大小，可分为不同厚度的二段或三段。80般在Em之间取值。当腹板内设置下弯钢束和竖向预应力筋腹时板，厚度按构造要求确定。沿纵向腹板厚度不宜突变，可安排在一个梁段内完成渐变。0号梁段的腹板要加厚，根据跨径的大小，一般在L140cm之间取值。边跨主梁端部附近应结合端横隔板设计加，大腹板厚度，并设置一渐变段与一般梁段的腹板厚度衔接。5.3箱梁横隔板通常的做法是，在0号梁段对应于主墩墩柱位置布置横隔板其，厚度与桥墩两壁的厚度一致；另外还在边跨支承处布置端横隔板其，厚度可根据边跨跨径的大小，在）.8〜2m之间取值。其余梁段不设横隔板。近年有的连续刚构桥曾发生底板崩裂的事当故箱。梁较宽时，为了减小底板钢束径向力的不利影响，有的设计在主梁跨中布置横隔板。当边跨跨径较大，箱梁较窄时，为了提高梁端支承的抗扭能力，必要时可将端横隔板延伸至箱外（至腹板的外，侧梁）端支承相应移至腹板之外。所有横隔板都应设孔洞，以保证箱内通道全桥贯通。孔洞大小，应方便管养人及小型机具通过。主墩构造与尺寸6.1设计原则在满足抗弯、抗压强度和压杆稳定的前提下，桥墩应具有较小的抗推刚度，使温度、砼收缩、徐变和顺桥向地震的不利影响降至最低限度。

墩身结构型式及尺寸一般多采用双柱式(顺桥向双柱，下，同)如图3所示。从已建成的连续刚构桥可以看到随着主桥跨径和墩高的不同，c值变化较大。b值大约在100cm^400cm之间，c值大约在200cim^800cm个别桥2值达到900cro^l000cn。S3双柱式桥燉当主跨L2120m时，墩身宜采用箱形断面。箱壁顺桥向厚度一般可取墩柱横向宽度的2〜1/14；箱壁横桥向厚度，一般大于顺桥向壁30厚〜40cm。箱内不设或设置少量横隔板。有的桥为了减小施工阶段的墩身应力，提高稳定安全系数，墩身下段做成实体，上段为箱断面。实体段的高度视跨径大小和墩高而定。S3双柱式桥燉当主跨L在80m〜120m之间时，可采用实体双柱式顺桥向厚度约为0cm〜150cm。墩身断面常用矩形和工字形。跨径小于80m跨径小于80m时，可采用单柱式箱形断面墩身。1度a卩a=a。如果主梁箱宽过小，桥墩较高，010或者为造型美观，也可使Aa，(a-a)大约在1010150cn〜250cm之间，参阅图4。分析计算表明，施工过程当主梁为构大悬臂状态时，稳定安全系数最小。当跨径较大，桥墩较高时，为了提高墩身的稳定安全系数，在双柱之间设置横梁。横系梁的高度一般100cm〜200cm。经计算，如果使用阶段不需要横系梁，可以按临时构件设计，例如用钢结构。全桥合拢后便可拆除。横系梁受力较大尤其是在两柱发生不均匀变形时横，系梁两端出现很大的弯应力当。两端为铰接时，横系梁对墩柱的稳定无贡献应。采取措施确保横系梁两端承载力满足规范要求，限制砼的裂缝宽度，使之达到刚接状态。6.3墩身设计参数的优化墩身设计参数为双柱的中距2e和壁厚b（参阅图3）,影响S和b的主要因素是主跨跨径和墩高H。三滩黄河大桥78+140+78m连续刚构）设计中，采用有限元计算和参数回归分析，得到以下初步结论：⑴随着b值的减小，桥墩整体稳定安全系数减小，桥墩所受弯矩、轴力显著减小；⑵随着s值的减小，桥墩整体稳定安全系数减小,桥墩所受弯矩减小，桥墩所受轴力增大；反之亦然。⑶针对三滩黄河大桥，不同墩高时与b值的优化结果如表。表2不同墩高H时，S与b的优化值墩身高H(m)18.418.418.418.418.410.020.030.040.0S=2e(m)5.26.46.87.27.86.86.86.86.8b(m)1.171.081.071.061.050.681.141.571.99（表注：主墩为双矩形截面柱，横桥向宽8.5m，桥面全宽为16.5m）6.4部分连续刚构桥主墩值和b值

表3部分连续刚构桥主墩主要尺寸桥名孔径（m）主墩高H（m）S(m)b(m)备注广东虎门大桥辅航道桥150+270+15035.009.003.00箱形墩柱贵州省六广河大桥145+240+14590.0,73.011.003.00上段箱形，下段实体福建厦门海沧西航道桥78+140+78+2X4252.0,43.06.002.00广东珠海主航道桥70+2X125+7023.06.51.50广东洛溪大桥65+125+180+11026.745.82.20箱形墩柱贵州崇遵路刘家山大桥110+200+11053.37.03.00下段3m实体，其余为箱形贵州思林乌江大桥78+130+78105.0,94.09.52.50矩形实体墩贵州崇遵路两岔河大桥132+126101.010.53.50四川泸州长江二桥145+252+49.540.010.02.00四川南充嘉陵江大桥63+2X110+6344.0,46.75.001.80湖北龙潭河大桥106+3X200+106178.0012.503.50箱