作者简介：谢志惠（1970—）,男,本科,高等工程师,研究方向：公路与桥梁。;
0 弁言
预应力混凝土连续刚构桥因桥型简洁、构造合理、造价经济等上风，在我国公路桥梁中运用广泛，该桥型在发展过程中紧张经历了带剪力铰刚构、带挂梁钢构、连续钢构等阶段，设计理论及施工履历均较为成熟。但在实际运行期间，大跨径连续刚构桥病害问题较为凸显，如构造长期下挠、墩顶附加构造涌现斜向裂痕等。为此，必须在桥梁设计阶段加强构造打算，提升根本的稳固性；在成桥预拱度打算时充分考虑各项施工参数可能产生的影响，确保合理取值。
基于此，该文以详细工程为背景，对连续刚构桥设计要点展开剖析磋商，并对该桥型受力情形展开有限元剖析及验算，以期为大跨径连续刚构桥范例病害的防治供应参考。
1 工程概况某桥梁为省道公路改扩建段关键性工程，所在公路为二级公路。桥梁工程于K21+350处超过深谷，深谷谷底长420 m，该深谷位于C水库库址区。桥梁工程建成后，原深谷将成为水库蓄水区，方案蓄水位为98 m，无通航哀求，故对桥梁跨径无特定哀求，无须展开桥墩防撞设计；库区水流流速低，对墩柱的冲刷影响可忽略不计。
桥址处地质条件良好，谷底河床分布圆砾石和卵石，下伏凝灰岩，局部覆盖玄武岩，基岩质硬，风化面起伏大，工程性能较好。桥台处紧张覆盖黏性土碎石和填土，工程属性一样平常。全风化及强风化层厚为0.6～5.3 m和1.5～6.9 m；中风化基岩质硬，埋深在8.4～12.6 m之间。
2 桥型比选桥型确定时应以桥梁跨径和上部、下部构造为比选重点，结合桥址处地质条件，确保所选桥型施工工艺成熟、环境适宜、造价经济、质量可靠、掩护方便。该桥主桥面与原地面相距60 m，超过间隔约为440 m，桥面设计宽度15 m，桥墩高。考虑高塔斜拉桥和悬索桥经济跨径常日在300～400 m之间，故该桥梁采取此类桥型缺少经济性，施工质量掌握也存在较大难度。桁架式拱桥和系杆拱施工掌握也较为繁芜；水面以上到桥面底的间隔较小，水面以下间隔较深，故上承式拱桥也不适用。
从施工便利性、构造耐久性及经济性、景不雅观性等方面出发，着重对预应力混凝土连续刚构桥、梁拱组合桥、矮塔斜拉桥等桥型展开比较[1]。
2.1 连续刚构桥主桥跨径按照86 m+3×155 m+86 m确定，主梁断面为单箱单室变高截面，桥墩处为刚构形式，桥墩施工采取爬模工艺；主梁则通过挂篮施工，逐节段浇筑至跨中合龙。该桥型墩梁固结，超过能力强，施工难度小，省去了大吨位支座的设置，使连续梁形成平顺性提升，支座养护事情量减少。
2.2 梁拱组合桥下承式梁拱组合桥构造中梁和拱共同受力，主梁断面为17 m，跨中和桥墩处梁高2 m和7.5 m；采取矢高比1∶5的柔性拱，按单拱单索面支配；钢管混凝土拱截面尺寸为3×1.8 m，吊杆按5 m间距支配。施工过程按照先桥墩后主梁的次序展开，末了在梁上安装拱。主梁施工借助挂篮完成，实现了无支架施工。
在该桥型下，施工阶段的部分荷载由拱承担，可适当降落梁高，桥型都雅性提升。但因水面以下构造深度大，水面以上高度低，上承式拱桥水位以下桥墩构造粗壮，造价偏高，经济性差。
2.3 矮塔斜拉桥桥位处视野开阔，为担保景不雅观折衷，应适当增大主桥跨径并减少桥墩支配。详细而言，主桥跨径应支配为117 m+2×195 m+117 m；桥塔桥面以上设计高度为30 m，桥面和原地面相距55 m。主梁断面应为14.6 m，跨中及桥塔处梁高分别为2 m和5 m；梁塔索按8 m间距支配，索与梁之间呈15°～24°夹角。桥塔为洞开式设计，支塔臂夹角为40°，造型轻盈都雅。桥塔和桥墩全部采取爬模施工，施工至桥面后施作主梁0#块。末了借助挂篮施工主梁，并完成斜拉索张拉。按照以上设计思路，该桥型耐久性好，造型幽美，极具当代元素，但造价较高，施工过程繁芜，对施工职员技能水平和质量掌握履历有较高哀求。
从构造受力、景不雅观适宜性、施工难度、技能利害势、整体造价等方面展开以上桥型比较，详细见表1。终极推举采取施工技能成熟、施工简便、经济耐用、环境适宜的预应力混凝土连续刚构桥[2]。
表1 桥型比选 下载原图
3 构造方案设计3.1 主梁截面设计(1）截面形式。
箱形截面属于闭口式截面，整体性好，抗扭刚度大，在连续刚构桥中较为常用。箱形截面顶板及底板面历年夜，可更好抵抗主梁正负弯矩内力，优化配筋支配。该预应力混凝土连续刚构桥宽15 m，行车道宽12 m，两侧为1.5 m宽的人行道，结合工程履历，对付20 m以内的桥宽，应采取单箱单室截面。
箱梁腹板有斜腹板和直腹板两种形式，前者形状都雅，后者施工简便。考虑该预应力混凝土连续刚构桥桥宽不大，出于简化施工、节省造价方面考虑，主桥箱梁腹板采取直腹板形式。
(2）梁底曲线。为减轻构造自重，增强桥型都雅性，梁底可采纳直线和曲线组合变革的设计。采取抛物线的形式，抛物线幂次在1.5～2之间取值，跨径越大，抛物线幂次应越小。采取高幂次抛物线的墩顶处梁高变革较大，而附近跨中处梁高变革减缓，减重效果比低幂次抛物线更好。然而，因墩顶处梁高变革急剧，梁段底板应力较大，防止预应力钢束张拉后底板倾圯的效果不如低幂次抛物线[3]。
综合以上剖析，该预应力混凝土连续刚构桥梁底曲线采取1.8幂次抛物线形式，以缓解L/4处底板应力紧张，降落底板倾圯的可能。
(3）梁高。墩顶梁高紧张与跨径有关，随着跨径的增大，墩顶主梁所承受弯矩增加，梁高也相应增大。为合营钢筋布局，便于施工空间优化，梁高应掌握在2 m以上。结合对国内外连续刚构桥梁高情形的统计，常日按跨径L的1/17～1/20确定支点截面高度，按跨径L的1/50～1/60确定跨中截面高度。该预应力混凝土连续刚构桥强度、荷载、抗裂性能掌握哀求均较高，故应在以上履历值的根本上适当加大梁高，支点及跨中截面高度分别按跨径L的1/16.67和1/47取值。
(4）箱梁几何参数。箱梁顶底板厚度除应符合荷载浸染下构造抗剪、抗弯受力哀求外，还应知足预应力钢束、普通钢筋支配的布局哀求。结合《桥梁工程设计标准》（SJG71—2020）及类似桥梁设计履历，该连续刚构桥箱梁截面顶板厚度应为28 cm，跨中至点处底板厚度应取32～120 cm。
箱梁腹板是竖向剪应力和旋转剪应力的紧张承受构造，腹板厚度在40～100 cm之间取值。为知足抗剪哀求，必须加强竖向预应力筋布设掌握。该连续刚构桥跨中至支点处箱梁腹板厚度取50～90 cm。为提升截面旋转刚度及抗弯刚度，增强桥面板抗负弯矩性能，掌握旋转剪应力，还应将承托设置在腹板和顶底板交卸处。
桥面板悬臂长度应按箱梁底宽的1/2确定，该连续刚构桥箱梁截面顶宽为15 m，底宽8 m，悬臂长按照3.5 m确定。
为增加箱梁横向刚度，还应设置端横梁，同时采取实体截面，以利于采纳边跨顶底板多钢束锚固形式。综合考虑钢筋支配及横向受力哀求，端横梁厚度取1.5 m；兼顾桥墩形式及构造尺寸后，按7.2 m间距设置两道1.8 m厚的中横梁。
3.2 桥墩根本设计预应力混凝土连续刚构桥采取墩梁固结形式，为降落次内力敏感性，更好适应梁构造变形，应选择抗压刚度大、抗推刚度小的薄壁墩。横、纵向抗推刚度应按以下公式[4]打算：
式中，K1——纵向抗推刚度（k N·m-1);K2——横向抗推刚度（k N·m-1);E——弹性模量（MPa);I1——纵向抗弯惯性矩（m4);I2——横向抗弯惯性矩（m4);L——设计墩高（m）。
对付相同截面积的单肢墩和双肢墩而言，抗推刚度分别取
，个中，a为桥墩横桥向尺寸；b为桥墩顺桥向尺寸。可见，单肢墩抗推刚度为相同截面积双肢墩抗推刚度的4倍。结合类似桥梁设计履历，在跨径不敷160 m时，主墩基本采纳双肢实心薄壁墩形式，且双肢间距一样平常不超出8 m。
该预应力混凝土连续刚构桥主桥为双肢薄壁矩形墩，个中3#和4#主墩单肢截面宽8 m，厚1.8 m，长细比为1/29;2#和5#次边墩单肢截面宽8 m，厚1.3 m，长细比为1/25；双肢外边距9 m，并在墩顶顺桥向设置100×15 cm的导角。主墩根本采取9根直径2 m的钻孔贯注桩，其上设置4 m厚的矩形钢混承台。桩基则采纳25 m长的端承桩形式。
4 关键设计参数的影响剖析及构造受力验算4.1 有限元模型构建为展开该连续刚构桥总体受力剖析，采取Midas Civil软件构建起桥梁构造模型，钢构桥共包括208个单元，按照施工及运营阶段展开内力剖析及截面应力验算。模型构建时，预应力齿块、横隔板均以荷载形式施加于设计位置[5]。全桥有限元模型见图1。
4.2 关键设计参数的影响4.2.1 梁底曲线此处假设该拟研究的刚构桥总跨径等参数取值不变，通过梁底曲线幂次的调度，剖析其对桥梁构造内力、应力分配和挠度值的影响程度，仿照结果见表2。结合表中数据，当该刚构桥梁底曲线幂次增大时，关键截面弯矩均缓慢低落，降幅不大。
梁底曲线幂次调度后关键截面应力值的仿照结果见表3。根据结果可知，当梁底曲线幂次发生相应调度后边跨跨中顶、底缘应力均表现出明显的增加；中跨以及墩梁固结段截面的顶、底缘应力则稳中有降。末了，结合所得出的主梁节点挠度变动情形，边跨跨中挠度、主跨75%段挠度均随梁底曲线幂次调度而增大。
4.2.2 梁底板厚度曲线此处的剖析假定梁底板厚度曲线幂次调度，别的参数保持不变，展开刚构桥应力、内力及挠度变动情形的比较研究。个中，梁底板厚度曲线幂次变动后主梁关键截面弯矩值的仿照结果见表4。根据表中数据的分布情形，别的参数值不变，仅改变梁底板厚度曲线幂次的情形下，所有关键截面中仅中跨跨中截面弯矩表现出缓慢增大态势。
根据梁底板厚度曲线幂次调度后关键截面应力值的仿照结果，当梁底板厚度曲线幂次增大，边跨跨中顶、底缘应力均逐渐减小；中跨以及墩梁固结段截面的顶、底缘应力则稳中有升。主梁节点挠度随梁底板厚度曲线幂次的增大而平缓变革。
4.2.3 根部和跨中梁高比不同高跨比下关键截面弯矩取值仿照结果见表5。由此可知，高跨比调度后主墩墩顶和中跨跨中弯矩表现出不增反降的趋势；墩梁固结段和边跨跨中弯矩则增大。以上变动趋势均较为缓和。
图1 连续刚构桥有限元模型 下载原图
表2 梁底曲线幂次调度后关键截面弯矩值 下载原图
表3 梁底曲线幂次调度后关键截面应力 下载原图
表4 梁底板厚度曲线幂次调度后关键截面弯矩值 下载原图
经由以上剖析看出，该预应力混凝土连续刚构桥梁底曲线幂次及梁底板厚度曲线幂次调度有助于构造优化设计，高跨比调度则有助于设计参数选定和设计方案优化[6]。
4.3 主梁及桥墩承载力验算根据对主梁抗弯及抗剪承载力的验算，箱梁弯矩和剪力设计值均在梁抗力包络中，解释主梁构造抗弯和抗剪承载力符合哀求。
从主桥打算模型中提取桥墩墩顶底截面最大、最小轴力对应的弯矩以及最大、最小弯矩对应的轴力展开验算。桥墩最不利截面的内力统计结果见表6。针对主墩和次边墩近肢墩顶截面展开承载力验算，结果见表7，各截面承载力均符合哀求。
表5 高跨比调度后关键截面弯矩值 下载原图
表6 桥墩最不利截面内力表 下载原图
表7 最不利截面展开承载力验算结果 下载原图
4.4 成桥稳定验算
根据连续刚构桥成桥阶段内力打算结果，主墩远肢墩底轴力较大，为此，以主墩远肢墩底轴力最大时的荷载为稳定工况，并以构造自重、预应力、二期恒载、系统升温、风荷载等为屈曲剖析变量，通过Midas Civil模型展开桥梁构造失落稳模态剖析。根据失落稳模态模型可知，刚构桥成桥阶段最小失落稳特色值仅为26.5，构造具备较好的成桥稳定性。
5 结论综上所述，该桥梁采取预应力混凝土连续刚构桥形式后，使该桥型施工简便、构造都雅、养护方便，造价经济的上风得以充分发挥。施工过程掌握结果也与有限元仿照结果基本同等，验证了设计方案下主桥构件尺寸的合理性及施工方案的适用性。该预应力混凝土连续刚构桥于2021年2月建成运行，竣工验收结果表明，桥梁具有足够刚度、强度及稳定性，承荷性能符合设计哀求。
参考文献[1] 王贵春.预应力混凝土连续刚构桥稳定性剖析[J].设备管理与维修,2023(8):126-127.
[2] 贺秋敏.某预应力混凝土连续桥设计研究[J].科学技能创新,2023(8):185-188.
[3] 郑成忠.基于MIDAS Civil的大跨径预应力混凝土连续刚构桥应力监测剖析[J].福建交通科技,2022(9):71-75.
[4] 马志龙,吴杰良,潘春辉.大跨度变截面连续梁刚构桥设计打算剖析[J].山西建筑,2021(18):146-149.
[5] 覃广高.预应力混凝土连续刚构桥引桥现场静力荷载试验剖析[J].西部交通科技,2023(8):143-146.
[6] 汪邦瑞,吴伟军,王红光,等.PPF-PC连续刚构桥徐变效应剖析研究[J].公路,2023(4):176-180.
声明：我们尊重原创，也看重分享。有部分内容来自互联网，版权归原作者所有，仅供学习参考之用，禁止用于商业用场，如无意中陵犯了哪个媒体、公司、企业或个人等的知识产权，请联系删除（邮箱：glyhzx@126.com），另本头条号推送内容仅代表作者不雅观点，与头条号运营方无关，内容真伪请读者自行鉴别，本头条号不承担当何任务。
