第28卷　第11期2006年11月武　汉　理　工　大　学　学　报JOURNA L OF WUHAN UNIVERSIT Y OF TECHN OLOG Y Vol.28　No.11　Nov.2006多跨大跨径预应力砼连续箱梁桥细节设计付克俭1,寇海平2(1.湖北沪蓉西高速公路建设指挥部,恩施445000;2.湖北荆州长江公路大桥管理局,荆州434000)摘　要:　介绍了100+6×150+100m 八跨一联的预应力砼连续箱梁桥的细节设计,其中结构体系转换首次成功采用抗拉结构的临时锚固体系和合拢预应力钢束两次张拉方案,结构设计上采用了箱梁根部底板加厚、底板防崩设计,还介绍了施工中成功采用的混凝土防裂措施和运营中裂缝产生原因及对策等。

关键词:　连续箱梁;　细节设计;　体系转换;　防崩设计中图分类号:　U 442.53文献标志码:　A 文章编号:167124431(2006)1120090204Minutia Disigns in Multi &Large Spans of ContinuouisPC Box Beam Bridge FU Ke 2jian 1,KO U Hai 2pi ng 2(1.Hubei Hurongxi Expressway Construction Headquarters ,Enshi 445000,China ;2.Management Burean of JingzhouChangjiang River Highway Bridge ,Jingzhou 434000,China )Abstract :　This paper presented the minutia designs for 100+6×150+100=1100m continuouis PC box beam bridge ,a 2mong which the structure system transform first succeed adopt the temporary ground system which can tensile and the P.C wire strand for closure which twice extend ,structural design adopt the root section bottom board for box beam and the anti -break 2age design and disposed rebar for box beam bottom board.Thispaper also presented the succeed measures for reduction cracks in construction procedure ,the cause and countermeasure for produce cracks in user mode ,etc.K ey w ords :　continuous PC box beam ;　minutia designs ;　structure system transform ;　anti 2breakage design 收稿日期:2006206215.作者简介:付克俭(19672),男,高级工程师.E 2mail :bobyfu @目前国内外连续箱梁的通病[1,2]有3:箱梁混凝土开裂、底版崩裂、跨中下挠。

目前大跨径箱梁的宏观设计大致相同,结合三八洲桥的设计,介绍了一些防止上述通病的细节设计特点和经验教训。

1　结构设计荆沙长江公路大桥由南北两座斜拉桥和江中的三八洲桥组成,桥梁全长4400m [3]。

其中三八洲桥为100+6×150+100m 预应力砼连续箱梁桥,桥梁为一联1100m (见图1)。

该桥1997年开工建设,2001年建成通车,通过半年一次的健康监测,目前桥梁状态包括桥面曲线变化与设计预期符合良好[4]。

该桥箱梁为分离的单箱单室截面,箱底宽7.0m ,两侧翼缘分别宽2.65m 、2.60m ;箱梁在各墩支点截面高度为800cm ,跨中及桥端支点处截面高度为330cm ,箱梁顶板厚30cm ,腹板厚度40～70cm ,底板厚32～115cm ;梁底设R =501.526m 的圆曲线;箱梁在各墩支点设横隔板,墩支点处横隔板厚120cm ,端支点处横隔板厚60cm 。

横隔板与箱梁连接处均设有承托;主梁及横隔板砼采用C50,桥面铺装砼采用C40。

结构设计特点有:1)梁底采用直线和圆曲线模拟抛物线　一般情况下,梁底曲线多采用抛物线和圆曲线2种形式。

2种方式在连续箱梁中各有应用,大跨径连续箱梁中应用抛物线梁底曲线较多。

本桥采用了吸取2种梁底曲线优点的双圆曲线梁底,即用一段直线和一段圆曲线模拟抛物线,既能使主梁形心曲线接近主梁受力的压力曲线,梁底曲线可按圆曲线梁底方式得以施工,避免梁底采用折线形,减小了底板预应力损失;加大了主梁四分点的截面梁高,提高了该断面的承载能力;同时使施工较为方便。

2)加厚箱梁底板　按初拟截面尺寸,箱梁根部底板厚在90cm 左右即满足应力要求,实际结构计算时考虑以下2个因素,对底板进行了加厚设计:(1)降低根部断面的形心轴,获得较大的截面承载能力,特别是能有效提高预应力效应;(2)增加受压部分的截面,使顶板、底板应力均匀分布在合理的范围内,使砼长期荷载作用下的徐变在顶底板均匀分布,提高结构的耐久度。

经过计算将底板厚度加大到115cm ,截面恒载增加有限的情况下,箱梁根部断面顶板应力范围为6～15MPa ,底板应力范围为9～15MPa 。

从计算成果看,施工状态安全稳定,运营状态下恒载+汽车应力情况良好,最大应力未超过14MPa ,只在不利温度组合下少数断面应力达到18.5MPa 。

3)横隔板设置横向预应力　经计算,由于支座与腹板作用线存在偏心,因此其产生的力矩将使0号块箱梁顶板和横隔板局部拉应力较大,故需要加强横向预应力。

若该预应力设置在顶板,将使翼板产生大于10MPa 的压应力,因此只能考虑在横隔板范围内的腹板上设置。

而且在腹板上设置预应力由于距形心轴较近,产生的力矩较小,因此需要配置的预应力数量较多。

该桥在中横隔板范围内的腹板上设置了7排每排6根直径32mm 的精轧螺纹钢,根据恒载增长情况,每施工3个节段张拉一排。

同样道理,在边横隔板范围内的腹板上设置了4排每排4根直径32mm 精轧螺纹钢[5]。

4)底板防崩设计　梁底按曲线布置,底板预应力张拉后沿曲线径向产生分力,这个分力会使底板在预应力钢束所在层面局部拉应力超标,为抵抗该力采取了如下防崩设计:(1)11#～21#块件及合拢段段底板分别采用最下一层分布钢筋采用双筋布置和加密该钢筋缩小钢筋间距的措施;(2)在底板上层钢筋和下层钢筋间加密拉筋数量,并将弯钩弯成45°锐角。

5)调整竖向预应力钢筋位置　一方面由于纵向预应力钢束布置的需要,另一方面为了方便挂蓝后锚点的布置,原设计将竖向预应力钢筋布置在固定位置。

验算靠近0号块附近的节段腹板时,发现由于箱梁腹板为变宽度设计,导致腹板内侧局部拉应力较大。

为了避免竖向预应力钢筋造成的偏心弯矩,经与施工单位协商调整了挂蓝后锚点布置,同时将竖向预应力钢筋位置调整至腹板中心位置。

2　重要参数的选取2.1　伸缩量公式选取与大位移支座设计主墩采用GPZ50000G D 和GPZ50000DX 盆式橡胶支座,交界墩采用GPZ10000DX 盆式橡胶支座。

该桥连续长度L =1100m ,支座位移量取值是一个关键参数,在选择计算支座位移量的方法时参考了许多国家的计算方法后,发现日本道路公团[6]对桥梁伸缩梁的推荐计算方法较全面和适用。

Δ=δ1+δ2+δ3+δ4=0.96L +10式中,Δ为预应力砼桥梁体伸缩量,mm ;δ1为地区温度变化,采用升温30℃,降温20℃,量值为0.5L ,mm ;δ2为砼收缩,量值为0.1L ,mm ;δ3为砼徐变,量值为0.2L ,mm ;δ4为伸缩量富裕,量值为0.16L +10,mm 。

由此计算全梁伸缩总量为1066mm ,由于固定支座设置在37号桥墩,即在1100m 梁的对称轴线位置,由此计算支座位移量最大±300mm ,分别设置在33号墩(支座反力为10000kN )、34号墩(支座反力为19第28卷　第11期 付克俭,等:多跨大跨径预应力砼连续箱梁桥细节设计 50000kN )、40号墩(支座反力为10000kN )及41号墩(支座反力为10000kN ),其余各墩可设置位移量最大±250mm 的支座,以保证支座不限制主梁的纵向位移。

2.2　收缩徐变取值收缩徐变如果考虑不充分,就会产生裂缝。

该桥收缩徐变在计算阶段中考虑,计算天数依次为:第1～9阶段各7d ,第10阶段10d ,第11～23阶段各7d ,第24阶段30d ,第25阶段176d ,第26～29阶段各200d ,第30阶段299d ,第31阶段1d ,计算总天数为1470d 。

2.3　横向偏载系数取值汽车荷载采用超20计算,由于连续梁桥采用的是分离式断面,且箱梁恒载大,活载占比重只占15%左右,2车道横向偏载系数和3车道考虑折减后横向偏载系数大者为2.5,因此横向偏载系数为2.5。

2.4　温度荷载形式选取对于主跨150m 总长1100m 的连续梁,由于温度变化产生的温度荷载将是成桥以后的主要荷载形式,因此本桥计算中全面地系统地考虑了4种温变影响形式。

1)体系总体升温20℃;2)箱梁截面降温计算模式采用英国规范的三角形梯度分布,即上缘降温15℃,下缘降温5℃;3)箱梁上缘升温5℃;4)箱梁上缘降温5℃。

3　体系转换特点3.1　采用抗拉结构的桥墩临时锚固系统传统的连续箱梁桥采用抗压结构的临时锚固体系,本桥首次成功采用预埋粗钢筋抗拉,支座承压的桥墩临时锚固系统。

首先安装永久支座并限制其水平纵向位移,设计要求能承受不小于2000kN 的水平力;然后在0号块中心线左右4m 对称布置3排37根直径32mm 精轧螺纹钢,其上端通过预留孔锚固在箱梁底板上,其下端预埋在墩顶内,锚固时每根钢筋对称张拉20kN 作为初应力。

这样就形成了预埋粗钢筋抗拉,支座承压的桥墩临时锚固系统。

该系统具有3个优点:1)用钢量少。

每个临时锚固用精轧螺纹钢材只有约10t ;2)施工方便灵活;3)安全系数较高。

经设计验算,当两端出现一个梁段差(或出现一侧挂蓝垮塌)时,其安全系数可以达到2以上。

3.2　合拢束分2次张拉多跨连续梁桥在合拢过程中,如果只采取合拢束一次张拉会造成合拢端箱梁顶板受力状态不利,而悬臂端竖向位移量较大,需要配置较大压重的问题。