1、大跨径预应力混凝土连续刚构桥设计摘要：四川省仪陇县新政嘉陵江二桥主桥采用（95+170+95）米应力混凝土连续刚构桥。本文简要介绍了该桥的总体设计、主桥结构设计及计算分析等方面的内容。通过该桥设计，并结合连续刚构桥的结构特点，提出了连续刚构桥设计过程中应注意的问题。 关键词： 嘉陵江二桥；连续刚构；结构设计 中图分类号：U416.216+.1 文献标识码：A 1 前言 新政嘉陵江二桥工程位于仪陇县新政水电站下游 3.8 公里，新政嘉陵江一桥上游 2 公里，是仪陇县总体规划布局中的重要组成部分，其路线起点位于渔田街与学府路交口，与现状渔田街道路顺接，向西跨越滨江大道及嘉陵江后，与在建的仪陇连接线
2、相接，是新政主城区与西侧中部组团联系的重要交通通道。终点位于在建仪陇连接线交叉口处。路线全长 1.810 公里。 本项目采用一级公路（兼顾市政道路功能）设计标准；汽车荷载采用公路-级；设计行车速度为 60 公里/小时。 2 桥梁总体设计 本项目桥梁跨越嘉陵江。根据桥位处地形、地质、水文、水利、河道、通航规划等建设条件以及上、下游现有桥梁等构造物设置情况，并考虑跨越现有滨江大道的净空需要，新建新政嘉陵江二桥主线桥梁总体跨径布置为：4.0m(桥台)+(2x30+37+30)m+2x30m+3x30m+(95+170+95m)m+4.0m(桥台)。桥梁全长 645.0 米，其中主桥长 360 米。桥
3、梁总体布置如图 1 所示： 图 1：桥梁总体布置图 主桥横断面布置为:2.25m（人行道）+10.75m（机动车道）+1m（中央分隔带）+10.75m（机动车道）+2.25m（人行道） ，全宽 27m，为双向六车道，按双幅进行设计。 3 主桥结构设计 3.1 主桥上部 主桥跨径布置为（95+170+95）m，全长 360m，为预应力混凝土变截面连续刚构桥。主梁箱梁为三向预应力结构，采用单箱单室截面，箱梁分左右幅，单幅顶宽 13.49m，箱底宽 7.5m，箱梁顶板设置成 1.5%的单向横坡，顶板横坡由腹板变高形成。箱梁跨中及边跨支架现浇段梁高4.2m，箱梁根部断面和墩顶 0 号梁段高为 10.6
4、m。从中跨跨中至箱梁根部，箱梁以 1.8 次抛物线变化。箱梁腹板在墩顶范围内厚 1.1m，从箱梁根部至跨中梁段腹板厚由 0.9m 渐变至 0.5m。箱梁底板厚除 0 号梁段横隔板范围内为 1.4m 外，其余底板厚从箱梁根部截面的 1.1m 厚，以 1.8 次抛物线变至跨中截面 0.32m 厚。 3.2 主桥下部 主墩设置在嘉陵江主河槽两边，满足单孔双向的通航要求。为适应梁体纵向位移、减小墩身刚度，主墩设计采用双薄壁柔性墩。墩身厚度1.6m、横向宽 9.0m，双壁墩中距 7.4m。为减小墩身阻水，改善水流形态，在墩身上、下游设置圆形分水尖。墩身置于承台上，承台长 17.3m，宽12.8m，厚 5
5、.0m，承台下设 3m 厚 C25 封底混凝土。承台下为 12 根直径2.0m 钻孔灌注桩。过渡墩采用实体墩接承台、群桩基础，墩宽 3.5m，承台长 12.8m，宽 8.3m，承台厚 3.0m，桩基础直径 2.0m，为钻孔灌注桩。 4 主桥结构计算分析 4.1 计算程序及计算模型 总体结构计算：MIDAS Civil 2012，校核验算：桥梁博士 V3.1.0。采用 MIDAS CIVIL 2012 进行结构计算，建立空间有限元模型。全桥共分为 176 个单元，196 个节点。主桥计算模型如图 2 所示： 图 2：主桥计算模型图 4.2 计算参数 混凝土：C55 混凝土fck=35.5MPa，
6、ftk=2.74MPa，Ec=3.55x104MPa；C40 混凝土fck=26.8MPa，ftk=2.40MPa，Ec=3.25x104MPa； 预应力钢束采用 S15.2 规格，钢绞线标准强度 fpk=1860MPa，设计强度 fpd=1260MPa，弹性模量 Ey=1.95105MPa，张拉控制应力con=1395MPa，塑料波纹管孔道摩擦系数 =0.17，管道偏差影响系数k=0.0015，一端锚具变形及回缩值均为 6mm。 恒载：一期恒载包括主梁自重，按实际断面计算，横梁按均布荷载计算。二期恒载包括桥面铺装、防撞护栏、人行道板等。 活载：汽车为公路-I 级，人群活载取 2.875KN/
7、m2。 温度荷载：体系升温 25，体系降温-25，按 10cm 沥青铺装考虑，混凝土主梁温差采用非线性梯度温度 14、5.5、0，同时按规范计入温度负效应。 基础变位：过渡墩基础沉降 1.0cm，主墩基础沉降 2.0cm。 船舶撞击力（DWT:1000t）：顺桥轴方向，通航桥跨一侧 650kN，横桥轴方向，桥墩上游端 800kN。 4.3 主要计算结果 （1）箱梁结构验算 通过对结构持久状况极限状态承载能力验算，短期效应荷载组合正截面及斜截面主拉应力抗裂验算，持久状况截面正应力及主应力验算，短暂状况截面应力验算以及结构刚度等验算，结果均满足规范要求。 （2）双薄壁墩验算 承载能力极限状态下单桩
8、桩顶力为 14098KN。主墩在正常使用极限状态下最大裂缝宽度为 0.154mm0.2mm，满足规范要求。 在船撞力作用下，主墩偏心受压正截面抗压承载力0Nd=110285KNNu=237665KN，最大裂缝宽度为 0.151mm0.2mm，满足规范要求。 5 预应力混凝土连续钢构桥的结构特点和应注意的问题 5.1 连续刚构桥结构特点 预应力混凝土连续刚构桥在体系上属于连续梁桥。连续梁桥具有整体性好、结构刚度大、变形小、抗震性能好，特别是主梁变形挠曲线平缓、桥面伸缩缝少，行车舒适性好等优点，因而在公路、城市和铁路桥梁工程中得到广泛采用。而连续刚构桥，除了具有连续梁桥的优点以外，还具有梁墩固结、
9、无需设支座、无需临时固结、无需体系转换，便于悬臂施工，且又比连续梁更大的顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度等特点，能较好地满足较大跨径桥梁的受力要求。 5.2 连续刚构桥应注意的问题 5.2.1 减小温度内力 墩的抗推刚度小，温度内力就小。在墩身的布置上，一般采用双臂墩身，以减小桥墩的抗推刚度。双薄壁墩也可减小梁的负弯矩峰值，而且又有较大的抗弯刚度，除墩身绕自身形心轴的抗弯刚度之和外，还有更大的双臂形成的抗弯刚度，可以保持桥面的平整。 5.2.2 连续刚构总长不宜过大 随着设计水平的提高，连续刚构长度不断增大，在条件适宜下，连续刚构总长可以达到 1200 米，甚至更长。为了防止温度内力过大，连续刚
10、构总长不宜过大，否则对结构受力不利。因此在某些特殊情况下，可以采用连续钢构和连续梁相结合的结构体系，可减小温度内力对结构受力的影响。 5.2.3 主梁下挠 大跨径连续刚构桥跨中下挠过大，不仅影响其外观和行车，而且对其受力也产生一定的影响。设计时对混凝土徐变的影响程度和长期性估计不足是导致跨中下挠过大的一个重要原因。 5.2.4 主梁裂缝 尽管预应力混凝土连续钢构桥遵循全预应力设计原则，即理论上要求结构不出现拉应力。然后事实是在建成大多数桥梁中均出现了不同程度的各种裂缝，如纵向弯曲裂缝、弯曲剪应力裂缝、独立支撑处箱梁隔板和腹板中裂缝、温度收缩裂缝、锚下裂缝和强大预加力在结构中引起的裂缝等。这其中
11、固然有设计和施工中的各种原因，而严重的问题常常是局部应力引起的。因此设计过程中要对各种应力、尤其是局部应力的可能分布状况有足够的定性概念，并寻求简易近似方法进行必要的估算。5.2.5 双薄壁墩的受力问题 由于相邻跨的跨度不同，会产生较大的偏心矩，有可能使其中一个墩身受压，一个墩身受拉。因此结构配筋时需要特别注意。 为改善桥墩受力，在墩顶不小于一个墩壁厚度范围内宜增设封闭箍筋以提高该区域的墩身混凝土承压强度。此外，还可通过一些其它手段来调整桥墩的受力状态，如合拢前顶推主梁；边跨合拢前后加卸载等措施。 5.2.6 薄壁墩的防船撞问题 河流中的双薄壁墩，通常不能承受船撞力的直接撞击，必须采取措施，防
12、止船只碰撞。 我国目前防船撞措施主要有以下两种：一是桥墩上下游设分离式人工刚性防撞墩或防撞岛；二是在墩周设置柔性消能防撞设施，如防撞护舷。 6 结语 连续刚构桥是在连续梁的基础上发展起来的墩粱固结的结构体系，综合了连续梁和 T 型刚构桥的受力特点。目前国内外预应力混凝土连续刚构桥出现的开裂、下挠以及承载能力不足等问题已经普遍引起了工程界的注意，已经有不少的研究人士对这问题进行了探讨，不过某些问题仍然没有一致的结论。本文通过仪陇县新政嘉陵江二桥的设计，结合连续刚构桥的结构特点，简要分析了连续刚构桥设计应注意的问题，以便为日后同类型桥梁积累经验。 参考文献 【1】 范立础 桥梁工程M ，北京：人民交通出版社，2001 【2】 马宝林 高墩大跨连续刚构桥M ，北京：人民交通出版社，2001
