高墩大跨超长联连续刚构桥设计

公路工程HighwayEngineering

Vo.l33,No.4Aug.,2008

高墩大跨超长联连续刚构桥设计

曾照亮,王 勇,张安国

(中交第二公路勘察设计研究院有限公司,湖北武汉 430056)

[摘 要]以贵州镇(宁)胜(境关)高速公路虎跳河特大桥主桥设计为背景,重点介绍高墩大跨超长联连续刚构的设计特点,如设计时考虑主墩截面特殊设计、合拢时顶推方法解决主梁位移较大及其产生的边主墩较大内力等问题。

[关键词]镇胜高速;虎跳河;高墩;大跨;超长联;连续刚构[中图分类号]U442.5

[文献标识码]B [文章编号]1002)1205(2008)04)0103)02

DesignofContinuousRigidFrameBridgewithHighpier,

LongSpanandOverlongUnit

ZENGZhaoliang,WANGYong,ZHANGAnguo

(CcccSecondHighwayConsultantsCo.Ltd,Wuhan,Hubei430056,China)

[Keywords]zhenshenghighway;hutiaoriver;highpier;longspan;overlongcontinuousuni;t

continuousrigidframebridge 目前连续刚构以其跨越能力大、经济性较好等优势广泛运用于公路、城市桥梁,特别是高速公路进入山区后更是成为了跨越沟谷最常见的大跨度桥梁,以下结合虎跳河特大桥主桥的设计讨论联长较长的刚构桥设计。

跨布置为120m+4@225m+120m六跨一联的预应力混凝土连续刚构桥(见图1),长1140m,为目前国内最长联的连续刚构桥。主墩均为薄壁墩,高度较高的6、7号桥墩(高度分别为106、150m)下部分采用整体(双幅)箱形断面。镇宁、胜境关两岸各设一交界墩,镇宁岸引桥为5@50m先简支后连续的预应力T梁,胜境关岸为5@50+6@50m先简支后连续的预应力T梁。全桥总长1957.74m。

1 概述

虎跳河特大桥为适应河流及地形特点,主桥桥

图1 虎跳河特大桥主桥布置图(单位:cm)

连续刚构除两端外无其他伸缩缝,有利于行车。但是对于较长的连续刚构,由于主梁混凝土收缩徐

变及体系温差产生的主梁位移较大,从而引起边主墩位移过大,因此要设计较长的连续刚构必须解决主梁位移较大及其产生的边主墩较大内力问题。

[收稿日期]2008)05)10

2 设计特点

2.1 适当减小边、中跨比

主桥半幅桥宽采用单箱单室,C50混凝土,三向预应力,箱底宽6.7m,翼板悬臂2.65m,全宽

[作者简介]曾照亮(1971)),男,湖北钟祥人,硕士,高级工程师,主要从事公路与桥梁研究设计工作。

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公路工程33卷

12m。箱梁高度采用1.80次抛物线方式从箱梁根部高14m变化至端部及跨中高3.8m。箱梁底板厚度采用1.8次抛物线方式从箱梁根部厚135cm变化至端部及跨中厚32cm。

适当减小边、中跨比可以降低边跨现浇段的剪力,从而减小此段的主拉应力。同时考虑到边跨过渡墩较高,采用传统的搭支架合拢方式难度较大,因此采用较小的边、中跨比(本桥为0.533)便于在过渡墩上设置托架现浇边跨合拢段及边跨现浇段。2.2 特殊设计主墩截面以适应主梁变形

墩的抗推刚度小,混凝土收缩徐变及温度内力就小。双壁墩身的抗推刚度仅为墩身绕自身形心轴抗推刚度之和,而不是整体箱型断面的绕桥墩中心

线的抗推刚度,因此采用抗推刚度相对较小的双壁型桥墩。

边主墩(6、10号墩)由于混凝土收缩徐变及温度产生的位移较大,同时由于较大的位移产生的主墩内力相对较大,要求边主墩能尽量产生较小的内力(较小的抗推刚度)同时并提高自身的抗弯能力(较大的抗弯刚度),因此采用了空心薄壁壁墩,双壁墩厚度为350cm,壁墩薄壁厚60cm;其余主墩(7、8、9号墩)墩身为钢筋混凝土双薄壁墩身,双壁墩厚度为250cm,为矩形实体截面。见图2。为了解决混凝土收缩徐变产生的主梁缩短而导致的主墩在营运期间向中跨方向倾斜,刚构中跨合拢时均采用顶推使主墩向两岸边预偏的方式。较高

图2 主墩一般构造图(单位:cm)

(下转第113页)

第4期

冯 钢,等:湘江三汊矶大桥主孔自锚式悬索系统安装及体系转换

学学报.2005,(4).

113

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(上接第104页)

的墩在同样的顶推力下产生较大的位移,全桥合拢顶推时要达到各主墩的位移比较对称、不会导致产生的位移多由高墩承担的情况,因此需加大较高主墩的抗推刚度,使主墩抗推刚度尽量一致。因此高度较高的6、7号桥墩下部采用整体箱形断面。箱形墩顶部横向与全幅双薄壁墩底同宽,纵向采用50B1的斜率放坡至墩底(承台顶)。6、10号壁墩采用C50混凝土,其他墩身均采用C40混凝土。

2.3 合拢时采用顶推解决主梁位移较大及其产生

的边主墩较大内力问题

箱梁合拢,即体系转换,是控制全桥受力状态和线形的关键工序。因此合拢顺序和工艺都必须严格控制。全桥分二个合拢阶段,第一阶段合拢边跨,第二阶段合拢中跨;合拢中跨按同时合拢第1、第4主跨,然后同时合拢第2、第3主跨步骤进行。顶推量的大小按照收缩、徐变完成后的恒载状态下,主墩墩顶位移基本为零的原则确定。合拢第1、第4主跨时计算值:第1跨顶推力为325kN,6号、7号主墩位移分别为-1.2cm、2.2cm;第4跨顶推力为425kN,9号、10号主墩顶桥面处位移分别为-2.2cm、1.4cm。

合拢第2、第3主跨时计算值:第2跨顶推力为3750kN,第3跨顶推力为3950kN,7号、8号、9号主墩顶桥面处位移分别为-9.7cm、-1.4cm、611cm。2.4 跨中预拱度值的设置

收缩徐变对挠度的影响很大,目前还无法准确计算,因此适当加大设置跨中预拱度值,确保成桥使用阶段主桥线型。本桥在计算预拱度的基础上,再根据以前大跨刚构桥在正常使用情况下产生的下挠值的统计,选取了一个经验值15cm作为额外的跨中预拱度抬高值,按2次抛物线分配给主梁标高。2.5 箱梁温度应力的考虑

本桥设计时5公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范6(JTGD622004)尚未施行,考虑到

)

中T梁的温度梯度计算5b模式较实际的非线性温差小,故采用较符合实际情况的英国BS5400规范进行计算

[1]

,正温差最大值13.5b、负温差最小值

)

-8.4b,温度梯度取值比较接近5公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范6(JTGD622004)。2.6 横、竖向预应力筋的张拉顺序

竖向预应力作为安全储备,不参与主拉应力计算。横、竖向预应力筋的张拉均采用滞后两个节段张拉,使横、竖向预应力的永存预压力分布较为均匀。

3 结语

本桥已经于2007年底通车,目前运营状态良好,结合设计与施工经验,笔者以为:

¹由于混凝土收缩的存在,联长较长的连续刚构边主墩存在变形较大、内力较大的情况,在混凝土的收缩徐变等品质未得到根本性改善前,结构尺寸及截面型式的变化组合只能解决一定限度内的问题,不能从根本上解决变形的问题,因此连续刚构联长不宜做得太长。

º收缩徐变的产生使成桥时与后期正常营运阶段存在较大差值的墩顶位移,为了达到较好的使用效果,刚构可以采用主墩截面特殊设计及合拢时顶推来解决边主墩在后期向跨中方向偏移的问题。但是顶推也不能完全解决墩顶向跨中偏移的问题,因为要完全消除收缩、徐变产生的偏移,将使刚构在施工阶段及未完成收缩徐变前的正常营运阶段的主墩向河岸方向偏移一个较大的值,它将导致主墩浪费更多的材料甚至主墩使用的不安全性。

»对于主墩之间高差较大的多跨连续刚构,抗推刚度差别大时,采用顶推时的各跨顶推力、各墩的位移差别也较大,将导致后期正常营运阶段主墩的位移差别较大、主梁的应力差别也较大,因此高度差别较大的主墩之间,抗推刚度应尽量接近。

[参考文献]

[1] 王 勇,蒋劲松.连续刚构设计构思的探讨[A].全国桥梁学

术会议论文集[C].人民交通出版社,2003,(1):174~177.非线性温差对箱梁应力影响很大,但5公路钢筋混

凝土及预应力混凝土桥涵设计规范6(JTJ02385))