浅议刚结构连续梁桥设计与分析
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摘要： 随着我固城市建设和高等级公路、道路建设的发展，桥梁的建设也将成为必然的趋势。在建筑行业中，桥梁的作用不容小看，它不仅是道路连续的组成部分，可以完成主要的交通运输工作，在一定程度上也起到美化与欣赏的作用。
关键词：刚构连续梁;分离式断面;整体式断面
Abstract: with the development of city construction and I fixed the high grade highway, road construction, bridge building will also become the inevitable trend. In the construction industry, the bridge role should not be underestimated, it is not only the road part of continuous, can complete the main transportation work, to a certain extent also to beautify and appreciation of the role of.
Keywords: rigid continuous beam; separation section; the integral cross section
中图分类号：U448.21+5 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）1 项目背景
本文介绍了桥梁主桥85+148+85m的设计情况，并探讨了该桥在结构方案比选、断面比选等问题。该桥位于某省的东北部，江两岸地势相差约40m。
2 桥型方案
2.1 方案比选
桥型方案的选择包含了地形、地质、水位、城市景观协调性、维修养护等多方面的因素，是一个综合选择的过程。由于本桥为市政桥梁，在桥型的整体选择中应做到与城市的景观协调性、连续性，同时，也应考虑到桥梁在建成后的维修养护。基于上述情况的考虑，在桥型的总体选择上，共考虑了三种桥型。
推荐方案：主桥: 85m+148m+85m预应力混凝土连续刚构桥，主桥箱梁采用纵、横、竖三向预应力结构，采用单箱单室截面。
比较方案：主桥: 148m下承式钢管混凝土拱桥。由于桥位处有通航要求，因此主桥采用下承式钢管混凝土拱桥，拱肋采用钢管混凝土系杆拱结构，拱脚至行车道桥面外包混凝土成矩形截面。行车道设置于两榀拱肋中间，人行道设置在拱肋外侧。桥面结构采用吊杆吊T型横梁，系杆采用高强低松弛预应力钢绞线，吊杆采用高强低松弛预应力钢绞线。
比较方案：该方案主桥孔跨布置为120+180m独塔斜拉桥。主桥采用独塔双索面漂浮体系斜拉桥，塔高99.25米，主塔为花瓶形，行车道设于两侧斜拉索中间，人行道设置在两侧斜拉索外侧。主桥主梁采用梁板结构形式，梁肋高2.7米，斜拉索布置为扇形，双索面，塔两侧各为29对索。
引桥上部结构为35m预应力混凝土简支小箱梁；下部结构采用花瓶式板墩，预应力混凝土盖梁，钻孔灌注桩基础。
表2-1桥型方案经济比较表
综合施工、造价、后期维修养护以及桥梁所在路线的总体造价等各方面的因素，营造更为和谐的社会环境及美丽的城市景观，传承悠久的历史文化，经过路线总体比选，主桥桥型方案选择美观、经济、适用的预应力混凝土连续刚构桥方案。
3 刚构连续梁桥横断面设计
3.1方案一 分离式双幅桥设计
2.5m(人行道)+2.5m(紧急停车带)+7.5m(机动车道)+0.5m(防撞墙)+1.0m(镂空带)+ 0.5m(防撞墙)+ 7.5m(机动车道)+ 2.5m(紧急停车带)+ 2.5m(人行道)=27m。中间1.0m镂空带放置两根直径Φ315mm的供水管， 3孔直径160mm的电力管及3孔直径110mm的电信管分别铺设在两侧人行道板下，方便检修。
图3-1 分离式横断面布置图
主梁断面采用单箱单室直腹板预应力混凝土结构，模板简单，施工方便。箱梁底宽6.5m，两侧悬臂翼缘板长3.0m；箱梁梁高按1.8次抛物线变化，主墩处根部梁高8.5m，高跨比1/17.41；主跨跨中及边跨端部梁高3.5m，高跨比1/42.29。箱梁顶板厚度0.28m，腹板厚度由跨中0.45m变化1/4跨处为0.6m，到根部0.75m；底板厚按1.8次抛物线变化由跨中0.3m变化到墩顶1.0m。
3.2方案二 整体式桥设计
2.5m(人行道)+2.5m(紧急停车带)+7.5m(机动车道)+0.6m(中央防撞墙)+7.5(机动车道)+ 2.5m(紧急停车带)+ 2.5m(人行道)=25.6m。
图3-2 整体式横断面布置图
主梁断面采用单箱单室大箱室大悬臂直腹板预应力混凝土结构，箱梁底宽13.6m，两侧悬臂翼缘板长6.0m；箱梁梁高按1.6次抛物线变化，主墩处根部梁高9.0m，高跨比1/16.44；主跨跨中及边跨端部梁高4.0m，高跨比1/37.0。箱梁顶板厚度0.28m，腹板厚度根据剪力计算分三级变化由跨中0.8m变化到根部1.6m；底板厚按1.6次抛物线变化由跨中0.3m变化到墩顶1.2m。为增加整体式断面横向刚度并减少顶板在正常使用状态下出现裂缝，每隔3m间距顶底板设置0.3m厚横隔板。
表3-1主桥横断面方案比较表
综合施工、造价、后期维修养护等各方面的因素，主桥采用分离式双幅桥方案进行下阶段设计。
4 结构设计要点
4.1 主要技术参数
（1）道路等级：城市主干道Ⅲ级；
（2）主线计算行车速度：40 km/h；
（3）通航标准：航道等级为内河Ⅳ级航道
（4）荷载及作用参数取值
计算采用的设计参数按照《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)的有关规定取值：
a）、汽车荷载：
公路－I级，横向分布系数按折线分布，3个车道=1.15×3×0.78＝2.69
b)、人群荷载：2.5kN/，人行道净宽1.75m；
c)、温度：①第一组温度力：
整体升温20℃，局部温差按 《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)规定的混凝土箱梁升温温度梯度来计算；
②第二组温度力：整体降温-30℃，局部温差按 《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)规定的混凝土箱梁降温温度梯度来计算。
d)、收缩、徐变：
按公路桥规JTG D62-2004附录F算法取用，箱梁加载龄期7天。
e)、基础不均匀沉降:边墩0.01m，主墩0.02m。
4.2 计算过程
全桥结构为预应力连续钢构，跨径组合85+148+85m，纵向静力计算按平面杆系理论，采用桥梁静力线性计算程序桥梁博士V3.1进行计算，结合施工方案及其构造特征进行结构离散。按照《桥梁设计与计算》计算高桩承台的等代基础。全桥共分为19个节段，并划分有24个施工阶段和1个使用阶段。箱梁悬臂施工阶段采用10天为一施工周期，其中张拉预应力时混凝土龄期为7天。计算模型中中主墩墩身与主梁固结，两者相连接的部位采用程序系统的带刚臂杆件单元来处理，能比较准确而简单地模拟构件交汇点的刚域效应。
箱梁采用三向预应力体系，纵桥向顶板、腹板预应力钢束采用19股φs15.2高强低松弛钢绞线；边跨底板采用15股φs15.2高强低松弛钢绞线，中跨底板采用19股φs15.2高强低松弛钢绞线。钢绞线抗拉强度标准值fpk＝1860MPa，张拉控制应力σcon＝0.75fpk=1395MPa，除部分顶板束采用单端张拉外，其余均采用两端张拉。顶板钢束布置以平弯线型为主，锚固端附近采用局部竖弯；腹板钢束布置在锚固端附近局部采用竖弯；底板钢束采用平、竖弯结合布置。
顶板横向预应力钢束采用2股φs15.2高强低松弛钢绞线，钢束间距为50cm，钢绞线抗拉强度标准值fpk＝1860MPa，张拉控制应力σcon＝0.75fpk=1395MPa，均采用交错单端张拉。
竖向预应力钢筋布置于腹板，采用3股φs15.2高强低松弛钢绞线，钢绞线抗拉强度标准值fpk＝1860MPa，张拉控制应力σcon＝0.65fpk=1209MPa，均采用单端张拉。竖向预应力束采用二次张拉技术。
4.3 计算结果
图4.1 主梁抗弯承载力和弯矩包络图
图4.2 主梁剪力包络图
图4.3正常使用极限状态下正截面应力图
在最不利荷载组合作用下，混凝土受拉边缘正截面出现的拉应力满足《公路钢筋混凝土预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62―2004)第6.3.1条关于全预应力混凝土构件的要求。即正截面混凝土在短期效应组合下的拉应力均满足: 。
图4.3正常使用极限状态下斜截面主拉应力图
计入竖向预应力，截面最大主拉应力为0.79 Mpa， 规范要求主拉应力小于0.4ftk=1.096Mpa，满足规范要求。
图4.4正常使用极限状态下法向压应力图
正截面受压区混凝土的最大压应力为16.46MPa
5 结论
刚构连续梁桥在结构受力、使用功能和适应环境等方面均具有优越性。混凝土及钢绞线等材料数量指标低，造价经济，符合该项目建设宗旨。在公路、铁路、城市和农村道路交通及水利建设中，为了跨越各种障碍（江河、沟谷或其他线路等）必须修建各种类型的桥梁，我国广大桥梁工程技术人员与科学工作者将不断面临设计与建造各类桥梁的光荣而艰巨的任务。
参考文献：
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