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摘要：介紹大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋的橋型特點(diǎn)，分析了連續(xù)剛構(gòu)橋的結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，以及應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀，并以武漢軍山長江公路大橋?yàn)槔龑ζ溥M(jìn)行探討；同時(shí)介紹了對連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)，施工控制等萬面的創(chuàng)新方面的內(nèi)容。...

大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋的研究和發(fā)展

張偉  胡守增  韓紅春  張勇

(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁系，四川成都610031)

    就當(dāng)代技術(shù)水平而言，大跨度、特大跨度橋梁無論是在設(shè)計(jì)理論、施工方法、建橋材料等方面都存在自身固有的特點(diǎn)和困難。這些問題解決的合理程度，不僅直接影響著大跨度橋粱的發(fā)展，制約著大跨度橋粱建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益，而且影響著交通事業(yè)的發(fā)展以及人類征服自然的歷史進(jìn)程。

    在大跨徑橋型方案比選中，連續(xù)粱橋型仍具有很強(qiáng)的競爭力。連續(xù)梁橋型在結(jié)構(gòu)體系上通常可分為連續(xù)粱橋、連續(xù)剛構(gòu)橋和剛構(gòu)一連續(xù)組合粱橋。后者是前兩者的結(jié)臺，通常是在一聯(lián)連續(xù)粱的中部的一孔或數(shù)孔采用墩梁固結(jié)的剛構(gòu)，邊部數(shù)孔解除墩梁固結(jié)代之以設(shè)置支座的連續(xù)結(jié)構(gòu)。

    連續(xù)剛構(gòu)是將連續(xù)梁的橋墩與粱部固結(jié)，以減小支座處的負(fù)彎矩和增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性。由于橋墩屬小偏壓構(gòu)件，故與連續(xù)粱的橋墩相比配筋并不增加很多，而梁體受力則更為合理，因而在同等條件下連續(xù)剛拘要比連續(xù)粱更為經(jīng)濟(jì)。此外，墩粱固結(jié)也在一定程度上克服了大噸位支座設(shè)計(jì)與制造的困難，也省去了連續(xù)粱施工過程中墩粱臨時(shí)固結(jié)、合龍后冉行調(diào)整的這一施工環(huán)節(jié)。

1.連續(xù)剮構(gòu)橋的結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)、應(yīng)用殛現(xiàn)狀

    1.1結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)

    連續(xù)剛構(gòu)橋由于墩身與主粱形成剛架承受上部結(jié)構(gòu)的荷載，一方面主梁受力合理，另一方面墩身在結(jié)構(gòu)上充分發(fā)揮了潛能，因此該橋型在我國得到迅速的應(yīng)用和發(fā)展：具有一個(gè)主孔的單孔跨徑已達(dá)270m，具有多個(gè)主孔的單孔跨徑也達(dá)250m．最大聯(lián)長達(dá)l060mc隨著新材料的開發(fā)和應(yīng)用、設(shè)計(jì)和施工技術(shù)的進(jìn)步，具有一個(gè)主孔的單孔跨徑有望突破300m的潛力。而對于多跨一聯(lián)的連續(xù)剛構(gòu)是不是也能在聯(lián)長上有更大的發(fā)展呢?眾所周知，墩身內(nèi)力與其順橋向抗推剛度和距主粱順橋向水平位移變形零點(diǎn)的距離密切相關(guān)。抗推剛度小的薄壁式墩身能有效地降低其內(nèi)力。但隨著聯(lián)長的加大，墩身距主粱順橋向水平位移變形零點(diǎn)的距離亦將加大，在溫度、混凝土收縮徐變等荷載的作用下，墩頂與主粱一道產(chǎn)生很大的順橋向水平位移和轉(zhuǎn)角位移，墩身剪力和彎矩將迅速增大，同時(shí)產(chǎn)生不可忽視的附加彎矩，致使剮構(gòu)方案無法成立。在結(jié)構(gòu)上將墩身與主梁的固結(jié)約束解除，代之以順橋向水平位移和轉(zhuǎn)角位移自由的支座，這樣就變成剮構(gòu)一連續(xù)組合粱的結(jié)構(gòu)形式。于是邊主墩墩身強(qiáng)度問題得以解決，且在一定條件下聯(lián)長町相對延長。可見，剛構(gòu)一連續(xù)組合粱是連續(xù)粱和連續(xù)剛構(gòu)的組合，它兼顧了兩者的優(yōu)點(diǎn)而揚(yáng)棄各自的缺點(diǎn)。在結(jié)構(gòu)受力，使用功能和適應(yīng)環(huán)境等方面均具有一定的優(yōu)越性。由于連續(xù)剛構(gòu)受力和使用上的特點(diǎn)．在設(shè)計(jì)大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋時(shí)，優(yōu)先考慮這種橋形。當(dāng)然，橋墩較矮時(shí)，這種橋型的使用受到限制。

    1.2應(yīng)用情況廈現(xiàn)狀

    PC連續(xù)剛構(gòu)橋比Pc連續(xù)梁橋和PCT型剛構(gòu)橋有更大的跨越能力。近年來，各國修建PC連續(xù)剛構(gòu)橋很多，隨著世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展，PC連續(xù)剛構(gòu)橋?qū)⒌玫礁�快發(fā)展。

    1998年挪威建成了世界第一Stolma橋(主跨301m)和世界第二拉夫特橋(主跨298m)，將PC連續(xù)剮構(gòu)橋跨徑發(fā)展到新的頂點(diǎn)。我國于1988年建成的廣東洛溪大橋(主跨l80m)，開創(chuàng)了我國修建大跨徑PC連續(xù)剛構(gòu)橋的先例。1997年建成的虎門大橋副航道橋(主跨270m)為當(dāng)時(shí)PC連續(xù)剛構(gòu)世界第一。近幾年相繼建成了瀘州長江二橋(主跨252m)、重慶黃花園大橋(主跨250m)、黃石長江大橋(王跨245m)、重慶高家花園橋(主跨240m)、貴州六廣河大橋(主跨24m)，說明我國大跨徑Pc連續(xù)剛構(gòu)橋型和PC粱橋型的建橋技術(shù)，已居世界領(lǐng)先水平。2.剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋?qū)嵗?

    武漢軍山長江公路大橋(圖1設(shè)計(jì)完畢后，本文以此橋?yàn)槔龑σ恍﹩栴}進(jìn)行探討。

    從結(jié)構(gòu)方案比較，在維持主跨規(guī)模不變的前提下，為尋求一個(gè)受力臺理、結(jié)構(gòu)安全、適用美觀的方案，對結(jié)構(gòu)形式殛主墩厚度作了計(jì)算比較。經(jīng)過計(jì)算分析得出如下結(jié)論。

    (1)相同布跨和墩厚的兩種方案，主粱的內(nèi)力和位移相差較小，中主墩由于高度較大，且距順橋向變形零點(diǎn)較近，內(nèi)力相差也不大，而邊主墩受力則相差懸殊。在連續(xù)剛構(gòu)方案中，由于高度較矮．且距變形零點(diǎn)很遠(yuǎn)，因此，盡管在設(shè)計(jì)上采取了措施，在恒載、活載及溫降組合情況下，墩身兩端仍產(chǎn)生了很大的彎矩，而且靠外側(cè)的墩身軸力難以提高而在剛構(gòu)一連續(xù)組臺粱方案中，墩底彎矩是由支座最大靜摩阻力決定的，因此相對鞍小。另外墩頂軸力通過配重措施可以得到很好的解決。

 

    (2)墩身厚度的降低，迅速降低了墩身剛度，從而迅速減小了溫度產(chǎn)生的墩身的荷載效應(yīng)，對邊主墩效果更為明顯但墩身厚度同時(shí)受截面應(yīng)力狀態(tài)和穩(wěn)定性的限制，存在一葉低限。

    然后是結(jié)構(gòu)受力比較。設(shè)單柱式墩的截面尺寸為B×2H，雙柱式墩為8×H，中心距2r，墩高相同。在其他條件相同的前提下，經(jīng)計(jì)算，邊主墩若采用單柱式墩，與采用雙拄式墩相比較，主梁內(nèi)力：中跨跨中的M、0、N略有減小，邊跨跨中和次邊跨跨中的M、0，N均略有增大；邊主墩頂和中主墩頂?shù)?span>N，p均略有增大，變化值不大，但M卻增大很多。對過主墩頂：成橋狀態(tài)增大81％，最不利組合增大45％；對中主墩頂：成橋狀態(tài)增大1.3％，最不利組合增大6.1％；中主墩身內(nèi)力：N、Q略有增大，M成橋狀態(tài)增大9％，最不利組合增大8％；主粱撓度：次邊跨跨中汽車荷載撓度增大36％，中跨跨中汽車荷載增大8％。可見，邊墩采用雙柱式可減小上部結(jié)構(gòu)的計(jì)算跨徑，降低箱粱截面內(nèi)力和撓度。采用雙柱式塌有利于施工階段最大懸臂狀態(tài)下的安全性。

    再者是構(gòu)造和美觀要求。最不利組合下墩頂?shù)呢Q向力決定了支座的數(shù)量，大尺寸、大噸位支座的布置及在施工期間墩身與主粱的臨時(shí)固結(jié)構(gòu)造決定了墩身的最小平面尺寸。對本橋而言，若采用單柱式墩，其墩身厚度在6 m以上，顯得過于厚重與輕巧的中主墩不協(xié)調(diào)，在材料用量上與雙柱式墩相差很少。

3.連續(xù)剛構(gòu)橋的創(chuàng)新發(fā)展

    3.1注意問題

    值得一提的是，雙片柔性墩的出現(xiàn)使得連續(xù)剮構(gòu)的受力更加合理。雙壁墩不僅可以節(jié)省圬工材料，降低次內(nèi)力，而且因?yàn)槎丈矸譃閮善�，就如在墩頂插人一小跨，可以大大地降低�?fù)彎矩峰值乃至變號。但因墩較柔，防撞問題應(yīng)予以足夠的重視。

    預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋型方寨可以達(dá)到的最大跨稃始終還要受到技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件的限制。以主跨280 m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋型方案初步設(shè)計(jì)為例．主粱根部最大梁高約為l6m，活載占全部荷載比例已經(jīng)不到7％，結(jié)構(gòu)受力已經(jīng)顯得不大合理。大跨徑連續(xù)剮構(gòu)橋的主要缺點(diǎn)是自重大。連續(xù)剛構(gòu)柔性橋，受收縮徐變影響較大，表現(xiàn)形式復(fù)雜。收縮徐變次內(nèi)力對結(jié)構(gòu)受力影響既是不利的，也是有利的。為使結(jié)構(gòu)受力安全可靠，收縮絳變對結(jié)構(gòu)長期受力行為的影響必須研究清楚。

    現(xiàn)在對于大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁或剛構(gòu)，在設(shè)計(jì)計(jì)算階段都能控制較好。但在施工運(yùn)營一段時(shí)間后，跨中出現(xiàn)沉降，也有的遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)值，或者在通車后都出現(xiàn)了此類問題，沒有幾年都加固維修了，跨中下?lián)现皇谴祟悩蛐偷囊环N病害，適當(dāng)加大設(shè)置跨中預(yù)拱度值可以確保成橋后主梁不下?lián)稀?

    3.2創(chuàng)新與發(fā)展

    通過對連續(xù)剛構(gòu)橋的研究以及分析，人們不斷地對連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)、施工，材料等方面進(jìn)行改進(jìn)，新的結(jié)構(gòu)體系，施工技術(shù)等層出不窮。例如宜萬鐵路宜昌長江大橋，它屬于大跨度連續(xù)剛構(gòu)柔性拱新型組臺橋式結(jié)構(gòu)．主橋采用l30 m+2x275mm+130 m連續(xù)剛構(gòu)柔性拱組合橋式結(jié)構(gòu)。

    近幾年已經(jīng)有了對鐵路連續(xù)剛構(gòu)車橋耦合橫向振動初步的分析；同時(shí)也有了專門的連續(xù)剛構(gòu)橋的施工專用程序— JIAOKE BRIDGE SOlF(連續(xù)剛構(gòu)施工監(jiān)控專用程序l.0)。這個(gè)程序主要控制思路是三階段控制法，即掛籃移動、上節(jié)段自重、張拉預(yù)應(yīng)力。系統(tǒng)通過三階段參數(shù)識別，分析理論數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)的差異，預(yù)測下一粱段的立模標(biāo)高；而且系統(tǒng)操作方便、概念清楚，成功應(yīng)用于多座連續(xù)剮構(gòu)的施工監(jiān)控。如廣州珠江大橋(主跨250 m)，浙汀下沙大橋(主跨232 m)等。大跨度連續(xù)剛構(gòu)輕型掛籃的設(shè)計(jì)也獨(dú)具匠心。

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(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)

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