摘要：沙井欽江大橋主橋?yàn)?0+130+80m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，上構(gòu)采用變截面箱型結(jié)構(gòu)，施加三向預(yù)應(yīng)力，掛藍(lán)懸臂澆注施工。本文詳細(xì)介紹主橋結(jié)構(gòu)尺寸擬定，預(yù)應(yīng)力體系設(shè)計(jì)，并提供部分結(jié)構(gòu)分析結(jié)果，對以后類似橋梁的設(shè)計(jì)提供參考。
　　關(guān)鍵詞：連續(xù)梁橋；三向預(yù)應(yīng)力；懸臂澆注
　　1概述
　　沙井欽江大橋位于欽州市沙井大道至欽州港公路K9+431～K9+969路段處，在欽江入海口附近跨越欽江，橋梁與河道基本正交。該大橋采用2×30+80+130+80+2×30m跨徑結(jié)構(gòu)，橋梁全長538m，分左右幅橋，兩幅橋結(jié)構(gòu)相同。主橋采用80+130+80m預(yù)應(yīng)力砼變截面連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，邊跨采用30m先簡支后連續(xù)T梁結(jié)構(gòu)。橋臺采用埋置式肋式橋臺，樁基承臺基礎(chǔ)；主橋橋墩采用鋼筋砼實(shí)體橋墩，樁基承臺基礎(chǔ)；邊跨橋墩采用樁柱式橋墩，樁基礎(chǔ)。
　　連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)體系具有變形小、結(jié)構(gòu)剛度好、行車平順舒適、伸縮縫少、養(yǎng)護(hù)簡單、抗震能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的主要斷面形式是箱形截面，箱形截面整體性好，承受正負(fù)彎矩及抗扭能力強(qiáng)，是一種經(jīng)濟(jì)合理的截面形式。采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，可使跨越能力大大增加，目前在40～150m范圍內(nèi)，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁占主導(dǎo)地位。
　　本橋的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為：設(shè)計(jì)荷載：公路Ⅰ級；設(shè)計(jì)速度：80km/h；通航標(biāo)準(zhǔn)：Ⅲ(3)級航道；環(huán)境類別：Ⅲ級；地震基本烈度：Ⅵ度。
　　主橋由上、下行分離的兩個(gè)單箱雙室箱型截面組成，采用三向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。單個(gè)箱體頂板寬18.5米，底板寬10.5米。箱梁根部梁高7.5米，跨中梁高3.0米，箱梁梁高、底板厚度均按二次拋物線變化。主橋立面布置見圖1。

　　圖1沙井欽江大橋主橋立面示意(單位:mm)
　　2基本尺寸擬定
　　由于大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋恒載自重所占比例較大,增加箱梁的挖空率,減輕截面的結(jié)構(gòu)自重,采用高強(qiáng)度等級混凝土,采用較大噸位的預(yù)應(yīng)力鋼束,三向預(yù)應(yīng)力體系等,都是提高設(shè)計(jì)水平,獲得良好經(jīng)濟(jì)效益的重要措施。因此在保證剪應(yīng)力和主應(yīng)力滿足要求的條件下,本橋盡量減小了截面尺寸,減輕自重,增加箱梁截面有效承載能力。另外,箱梁底部截面尺寸減小,相應(yīng)的主墩工程量也大幅減小,帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
　　主梁采用大懸臂翼緣板的單箱雙室薄壁截面，邊跨、中跨之比為0.615:1。主跨和邊跨支點(diǎn)處中心梁高7.5m，高跨比1/17.333；跨中處中心梁高3.0m，高跨比1/43.333。單個(gè)箱體頂板寬18.5米，厚0.28m，設(shè)1.5%的橫坡；底板寬10.5米，底板上、下緣順橋向均為二次拋物線，其頂點(diǎn)設(shè)在主橋中跨合攏段邊緣處，由0.3m變成0.85m，橫橋向底板保持水平，腹板厚0.8～0.4m，翼緣板懸臂長為4.0m，端部厚0.18m，根部厚0.7m。在箱梁外側(cè)兩腹板鋼筋外側(cè)、翼板下緣鋼筋外側(cè)、底板鋼筋外側(cè)均布置Φ6鋼筋焊網(wǎng)，網(wǎng)格間距10厘米。箱梁橫斷面見圖2。

　　圖2主梁半支點(diǎn)半跨中橫截面(單位:mm)
　　主橋箱梁混凝土強(qiáng)度等級采用C55，按全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計(jì)。主橋箱梁混凝土中摻入水泥混凝土專用聚丙烯腈纖維（PAN），摻量為1kg/m3。
　　3預(yù)應(yīng)力體系
　　3.1縱向預(yù)應(yīng)力束布置
　　縱向預(yù)應(yīng)力筋的布置主要有懸臂預(yù)應(yīng)力筋和連續(xù)預(yù)應(yīng)力筋兩大類：在懸臂澆筑施工時(shí),要配置承受負(fù)彎矩的懸臂預(yù)應(yīng)力筋；而在合龍成橋以后,要配置承受恒、活載產(chǎn)生正、負(fù)彎矩的預(yù)應(yīng)力筋或連續(xù)預(yù)應(yīng)力筋。縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋是主要受力鋼筋,既要考慮構(gòu)件的整體受力,也要考慮受力的局部影響,還要考慮施工和操作的方便,進(jìn)行合理的布置。
　　根據(jù)單箱雙室截面應(yīng)力分布的特點(diǎn)，綜合考慮施工節(jié)段數(shù)、各階段張拉的束數(shù)、負(fù)彎矩束面積、材料指標(biāo)經(jīng)濟(jì)及方便施工等因素，確定了縱向預(yù)應(yīng)力束布置方案。
　　縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋采用φs15.2低松弛高強(qiáng)鋼絞線,縱向預(yù)應(yīng)力分腹板鋼束、頂板鋼束及底板鋼束,懸澆段腹板鋼束采用19φs15.2，張拉控制應(yīng)力為0.75fpk。懸澆段頂板鋼束采用22φs15.2,張拉控制應(yīng)力為0.75fpk，合龍段頂板鋼束及底板鋼束一般采用12φs15.2,張拉控制力應(yīng)為0.72fpk。
　　3.2橫向預(yù)應(yīng)力束布置
　　橫向預(yù)應(yīng)力束的配置如同縱向預(yù)應(yīng)力筋的配置一樣考慮，根據(jù)計(jì)算得到的箱梁縱截面上橫向彎曲內(nèi)力來調(diào)整橫向預(yù)應(yīng)力束，使?jié)M足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。本橋橫向懸臂及中段跨度均較大,須采用橫向預(yù)應(yīng)力。箱梁頂板橫向預(yù)應(yīng)力鋼束采用3φs15.2mm低松弛鋼絞線,扁錨體系，一端交錯(cuò)張拉,并以控制鋼束張拉力為主,張拉伸長量作為校核的原則進(jìn)行雙控。每一節(jié)段的縱向鋼束張拉完成之后,自節(jié)段根部開始順序張拉橫向鋼束。橫隔板預(yù)應(yīng)力粗鋼筋采用冷拉Ⅳ級JL32mm高強(qiáng)度精軋螺紋鋼筋,在其所處的節(jié)段一并張拉完成。
　　3.3豎向預(yù)應(yīng)力束布置
　　豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋的布置主要是為了提高截面的抗剪能力。箱梁腹板豎向預(yù)應(yīng)力粗鋼筋采用冷拉Ⅳ級JL32mm高強(qiáng)度精軋螺紋鋼筋,一端張拉。錨下控制應(yīng)力707MPa,每一節(jié)段的縱、橫向鋼束張拉完畢后,立即進(jìn)行豎向預(yù)應(yīng)力粗鋼筋的張拉。橫隔板預(yù)應(yīng)力筋，在其所處的節(jié)段一并張拉完成。施加預(yù)應(yīng)力時(shí)均采用兩端同時(shí)張拉，并以控制鋼束張拉力為主，張拉伸長量作為校核的原則進(jìn)行雙控。
　　4計(jì)算分析
　　4.1縱向計(jì)算
　　在設(shè)計(jì)時(shí)上部結(jié)構(gòu)靜力分析采用JQJS和Midas兩套程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和相互校核，兩個(gè)程序計(jì)算結(jié)果非常接近。全梁共劃分94個(gè)單元、95個(gè)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)施工工藝和節(jié)段劃分，對預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁各階段的受力情況進(jìn)行了全面計(jì)算分析。計(jì)算荷載包括恒載、活載、支座不均勻沉降、溫度變化、預(yù)應(yīng)力及混凝土收縮、徐變等。根據(jù)本橋所處的具體地理、氣候條件，基礎(chǔ)不均勻沉降取2.0cm，結(jié)構(gòu)整體升溫按14℃計(jì)，結(jié)構(gòu)整體降溫按-20℃計(jì)，梯度溫度T1＝14℃，T2＝5.5℃。結(jié)構(gòu)計(jì)算中還考慮了體系轉(zhuǎn)換的影響等因素。本橋按3650天來考慮混凝土收縮徐變影響，采用考慮滯后彈變的徐變理論進(jìn)行計(jì)算。
　　主橋按公路橋規(guī)JTGD60-2004第4.1.6條承載能力極限狀態(tài)效應(yīng)組合進(jìn)行承載力驗(yàn)算，結(jié)果如下表1及圖1～圖2。
　　表1主橋箱梁主要控制截面最大彎矩值及對應(yīng)抗彎強(qiáng)度表

　　圖1最大正彎矩效應(yīng)及強(qiáng)度線包絡(luò)圖

　　圖2最大負(fù)彎矩效應(yīng)及強(qiáng)度線包絡(luò)圖
　　從上表可以看出，截面的正截面抗彎強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。
　　主橋按公路橋規(guī)JTGD60-2004第6.3條正常使用極限狀態(tài)效應(yīng)組合進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗裂驗(yàn)算，施工階段截面的正應(yīng)力如圖3～圖4，使用階段最大組合應(yīng)力如表2及圖5～圖6。
　　
　　1）受壓區(qū)混凝土的最大壓應(yīng)力，本橋＝16.2MPa。
　　根據(jù)計(jì)算結(jié)果，箱梁混凝土正截面壓應(yīng)力最大值為16.64MPa，位于靠近主墩支點(diǎn)附近的66號節(jié)點(diǎn)截面上緣處，略超規(guī)范允許值，超過2.72％，小于5％，另25、30、67、72號節(jié)點(diǎn)截面在考慮溫度梯度的組合作用下截面上緣正應(yīng)力略有超過，其余截面均滿足規(guī)范正截面混凝土壓應(yīng)力要求。考慮到正截面壓應(yīng)力只是溫度梯度荷載組合中的個(gè)別截面略超限，且超出小于5％，因此認(rèn)為該橋箱梁混凝土壓應(yīng)力基本滿足規(guī)范要求。
　　2）受拉區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋的最大拉應(yīng)力，對鋼絞線、鋼絲，本橋＝＝1209MPa。
　　根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在節(jié)點(diǎn)69截面處的41號鋼束預(yù)應(yīng)力鋼筋的最大拉應(yīng)力為1130.28MPa，為所有組合所有截面的預(yù)應(yīng)力鋼筋拉應(yīng)力的最大值。因此，主橋箱梁使用階段預(yù)應(yīng)力鋼筋的拉應(yīng)力滿足規(guī)范要求。
　　4.2橫向計(jì)算
　　橫向預(yù)應(yīng)力可加強(qiáng)橋梁的橫向聯(lián)系,增加懸臂板的抗彎能力。箱梁的橫向作為被支承在主梁腹板中心線下緣的箱形框架進(jìn)行設(shè)計(jì),計(jì)算時(shí)沿順橋向取單位長度為1m,考慮各種不同的布載情況。主橋取支點(diǎn)截面、跨中截面、四分之一跨等具有代表性的截面進(jìn)行計(jì)算,橫梁重力按實(shí)際施加，同時(shí)支點(diǎn)截面將縱向計(jì)算時(shí)永久作用和除汽車、人群以外的可變作用引起的支反力標(biāo)準(zhǔn)值作為永久荷載平均施加在橫梁的各腹板位置，汽車、人群荷載在其實(shí)際作用范圍按最不利加載。
　　由于此結(jié)構(gòu)為外部靜定結(jié)構(gòu)，均勻溫度變化不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)力，溫度應(yīng)力沿單元截面呈直線變化，按升、降溫分別考慮。
　　5結(jié)語
　　預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，是大跨徑橋梁的主要橋型之一，外觀簡單大方、力學(xué)模型明晰，具有可靠的強(qiáng)度、剛度以及抗裂性能；同時(shí)有著變形小、結(jié)構(gòu)剛度好、行車平順舒適,伸縮縫少,養(yǎng)護(hù)簡易，抗震能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。通過本梁的設(shè)計(jì)為以后類似的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一定的經(jīng)驗(yàn)。
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