橋梁設計技術(shù)總結(jié)

公路大中橋梁設計技術(shù)總結(jié)

前言：由于大中橋梁在高等級公路，特別是山區(qū)高等級公路整個工程造價中占用資金的比例相當大，且施工周期長，施工工藝要求較高，因此，大中橋梁往往成為公路工程控制工期和造價的關(guān)鍵工程。好的橋梁設計不僅可心節(jié)省工程投資，而且可以成為整個公路工程的一道道亮麗風景。為此，大和推廣新技術(shù)、新材料、新工藝是橋梁工程師永遠的主題。

筆者從事大中橋梁設計已十二年有余，有幸新歷了石太一級公路、京深高速公路、烏魯木齊市河灘路、運三高速公路、新原高速公路、府占一級公路、杭昱高速公路等多條高等維公路的初測初步設計、定測施工圖設計，感悟頗深，對高等級公路大中橋梁設計有了一點淺顯的認識，愿與同行們商榷。關(guān)鍵詞：橋梁；設計；技術(shù)；總結(jié)

1在中橋梁總體設計原則

（1）大中橋梁位均應符合路線總體走向，路橋綜合考慮。

（2）橋們盡量選擇在河段順直、河道較窄的位置，以減短橋梁的長度。

（3）橋孔布設除滿足設計流量，水位要求外，一般要不壓縮河訂，對有防洪、搶險和通行要求的河堤，要留有人、車通道。對于游蕩性的河首，橋孔布設留有余地，并結(jié)合河道情況設置必要的導游工程，以保證橋梁的安全和洪水安全渲泄。2大中橋梁設置原則

（1）在跨越深溝時，根據(jù)溝底縱坡，填土高度及工程地質(zhì)等因素進行分析，填土高速大于25cm時，考慮采用橋梁跨越。

（2）為避免水毀橋梁，橋孔布設原則上不壓縮河槽。對于山前擴散及變遷段，橋梁長度應考慮河槽擺動的因素，為確保水流及漂浮物順利通過橋孔，大橋跨徑不宜小于20cm。

（3）在地形復雜，山坡陡峻處的山谷橋梁，布孔時應根據(jù)橋址縱、橫斷面布設。為避免錐坡落空或墩臺基礎懸空，橋臺高度不宜過高。

（4）平原區(qū)橋梁孔徑布設以水文計算成果為依據(jù)，并結(jié)合河道的地形、地貌及橋下被交路等情況予以確定。

（5）當橋當有高路堤，占有農(nóng)田較多，且需大量借方或遠運填料時，可適當處長橋孔，并采用建筑高度較低的結(jié)構(gòu)類型。

3大中橋梁結(jié)構(gòu)類型的選擇3.1橋梁選型原則

橋梁結(jié)構(gòu)型式的選擇應遵循“安全、適用、經(jīng)濟、美觀”的原則，結(jié)合橋位處的地形、地質(zhì)、施工條件等因素，以技術(shù)先進、節(jié)約投資、施工方便可行、方案合理、行車舒適為原則，具體如下：（1）為保證橋面平整，行車舒適，上部結(jié)構(gòu)宜采用連續(xù)結(jié)構(gòu)或橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)。

（2）受填土高度控制時，為降低路基填土高度，上部結(jié)構(gòu)宜采用建筑高度較小的結(jié)構(gòu)類型。

（3）為縮短工期、降低造價、便于技術(shù)質(zhì)量管理，一般大、中橋盡量采用統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)型式。山區(qū)橋梁主要采用中等跨徑的T型橋梁，平微區(qū)推薦采用連續(xù)箱梁。

（4）當跨越深谷，墩高大于20m時，上部結(jié)構(gòu)宜采用較大跨徑的連續(xù)梁和連續(xù)則構(gòu)橋梁型式，以降低工程造價。

（5）山嶺重丘區(qū)的橋梁，由于地面坡度較大，為減少基礎工程量，避免深挖基坑帶來的地質(zhì)病害，基礎型式宣采用樁基礎。

（6）橋梁基礎型式根據(jù)地質(zhì)情況及地面坡度的不同，分另采用樁基礎和擴大基礎，墩身型式根據(jù)墩高的不同，分別采用柱式墩和薄壁空心墩。

（7）中橋上部結(jié)構(gòu)型式一般采用跨徑20cm或跨徑16cm的預應力混凝土空心板反跨徑10cm、13cm的鋼筋混凝土空心板，上部結(jié)構(gòu)采用橋面連續(xù)。3.2橋梁結(jié)構(gòu)選型

（1）上部結(jié)構(gòu)類型及跨徑選擇

為方便施工、保證施工質(zhì)量、縮短施工周期，確保工程安全，對于橋梁結(jié)構(gòu)型式全線進行了統(tǒng)籌考慮，盡量采用便于機械化、工廠化、標準化生產(chǎn)的中等跨徑預制安裝構(gòu)件。

位于山區(qū)的橋梁，當橋墩較高時，因下部結(jié)構(gòu)造價占全橋總造價的比重增大，選用較大跨徑較為合理。一般地，對山區(qū)特大、大型橋梁，上部結(jié)構(gòu)根據(jù)墩身高度宜采用25m～40m裝配式預應力混凝土連續(xù)箱梁，25m～50m裝配式預應力混凝土連續(xù)T梁，16m～20m的先張法預應力混凝土空心析等橋型方案。對橋墩較低的橋梁，方案設計時亦可考慮預應力混凝土T型梁方案，但T梁方案存在以下缺點：①建筑高度大，在要求橋下凈高相同的情況下，橋頭路基土高度基本上由橋梁高度控制，采用T梁勢必增大路堤填土高度。

②工程造價稍高，經(jīng)造價分析，在24.5m寬的路段，50mT梁、40mT梁、30mT梁、30m箱梁、25mT梁、25m箱梁、20m空心板、16m空心板上部構(gòu)造平均每延米建安費依次為40797元、36488元、32360元、29412元、30487元、27715元、27713元、26266元。

根據(jù)近幾年國內(nèi)特別是江蘇、廣東、山西等地的使用經(jīng)驗，矮箱梁比T梁施工工期短，后期養(yǎng)護量小，外形美觀，造價便宜（便宜約10%）等特點，因此，大中橋梁上部結(jié)構(gòu)一般采用預應力混凝土連續(xù)箱梁。（2）基礎類型選擇

山區(qū)大中橋梁基礎型式的選擇，若僅從承載力角度出發(fā)，可采用擴大基礎，山區(qū)地面坡度較大，采用擴大基礎不僅開挖基坑工程量大，對環(huán)境破壞嚴重，而且開后環(huán)形較高的臨空面難以防護，可能造成山體失穩(wěn)或其它病害。與樁基礎相比，擴大基礎不僅工程造價上沒有優(yōu)勢，而且存在工程病害等難以處理的不利因素。故山區(qū)大中橋基礎宜采用樁基礎。4大中橋梁設計方法4.1橋型方案設計方法

（1）跨越?jīng)_溝、谷時橋梁長度在布孔時宜適當加長，橋臺深入挖方段不少于3m，迎水面采用30m厚7.5號漿砌片石鋪砌至溝底，橫橋向每側(cè)鋪砌15m。

（2）當?shù)刭|(zhì)條件好，溝形狹窄，平曲線半徑R≥1800m，且弓玄差在20cm以下者，橋型方案首選纜索吊裝箱形鋼筋混凝土拱，平曲線由拱上建筑形成，橋臺采用石砌重力式橋臺或框架式組合橋臺。（3）當橋梁位于較小平曲線半徑時，橋型方案確定應考慮以下因素：

①平曲線半徑R≤500m時，上部結(jié)構(gòu)宜采用預應力混凝土空心板或部分預應力混凝土組合箱梁或鋼筋混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁。

②當單孔跨徑拱弦差小于15cm，梁端張口小于50cm時，且

A墩高H＜15m時，距徑選用16～25m，上部結(jié)構(gòu)宜采用預應力混凝土空心板或部分預應力混凝土組合箱梁。

B墩高15m＜H≤25m時，跨徑選用25～30m，上部結(jié)構(gòu)宜采用部分預應力混凝土組合箱梁或預應力混凝土連續(xù)T梁。

C墩高25m＜H≤40m時，跨徑選用30～40m，上部結(jié)構(gòu)宜采用部分預應力混凝土組合箱梁或預應力混凝土連續(xù)T梁。

D墩高H＞40m時，跨徑選用40～50m，上部結(jié)構(gòu)宜采用預應力混凝土連續(xù)T梁。E墩高H＞15m時，上部結(jié)構(gòu)可以考慮預應和混凝土連續(xù)或預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)。4.2橋梁上部結(jié)構(gòu)布設方法4.2.1現(xiàn)澆箱梁的布設方法

（1）鋼筋混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，孔徑組合一般采用（16＋n×20＋16）m，橋墩采用獨柱或雙柱式墩，樁基礎。

（2）當平曲線半徑較小，拱弦向距離大于15cm時，須考慮橋墩向外側(cè)移。4.2.2預制空心板梁的布設方法

（1）當內(nèi)外側(cè)梁長之差小于等于標準跨徑的2%時，橋梁布設以路線中心線為準，按標準跨徑設置，優(yōu)先考慮等角度布設。

（2）當內(nèi)外側(cè)梁長之差大于標準跨徑的2%時，橋梁布設以左右半幅橋梁中心線為準，按標準跨徑設置，考慮采用平行布設。

4.2.3預制組合箱梁或T梁的布設方法（1）橋墩盡量按等角度布設。

（2）墩頂橫梁內(nèi)側(cè)尺寸不應小于通用圖尺寸，外側(cè)尺寸不應大于內(nèi)側(cè)尺寸的兩倍。

（3）對于等長預制梁，當滿足不了第2條時，左右半幅橋應錯墩布置。當錯墩布置仍滿足不了要求時，預制梁采用不同的長度。4.3橋梁下部結(jié)構(gòu)布設方法4.3.1橋墩設計方法

（1）墩高H＞30m時，宜采用薄壁空心墩，截面縱向尺寸為（跨徑/20＋0.5）m（2）墩高H≤30m時，宜采用單排樁柱式墩，具體尺寸見表2-1。

表2-1單排樁柱式墩尺寸表

跨徑（m）樁柱徑（cm）H≤55＜H≤1010＜H≤1515＜H≤2020＜H≤2525＜H≤3020柱徑（cm）1101201*0150160180樁徑（cm）1201*0150170180201*5柱徑（cm）1201*0140160170200樁徑（cm）140150160180201*2030柱徑（cm）130140150170180210樁徑（cm）150160180201*2023035柱徑（cm）140150160180190220樁徑（cm）16017019021023025040柱徑（cm）150160170190201*30樁徑（cm）17019021023025026045柱徑（cm）160170180201*10240樁徑（cm）190201*2024026028050柱徑（cm）170180190210220250樁徑（cm）201*20240260280300

（3）當基礎覆蓋層厚度于5米時，基礎采用樁基礎；否則，采用擴大基礎。（4）一座橋梁橋墩盡量采用一種形式，墩柱斷面以最大墩高之截面為準。

（5）跨徑20米預應力混凝土空心板與跨徑25米部分預應力混凝土組合箱梁可采用同一標準下部尺寸。（6）板梁式橋單排樁雙樁雙樁式墩立柱之間距L可用下式估算：L＝K.B/cosΦ

B－橋?qū)挘╩）,Φ－斜度（度）

K－立柱間距系數(shù)，板橋K＝0.55～0.65；T型或I型梁橋K＝0.53～0.57；箱型梁橋長K＝0.50～0.55；橋墩立柱間距、采用方案及適用條件詳見表2-2。

表2-2橋墩立柱間距、采用方案及適用條件

立柱間距L（m）適用條件采用方案基礎型式墩高（m）蓋梁柱數(shù)

L≤8樁基礎、擴大基礎不限鋼筋混凝土2L8擴大基礎≤10鋼筋混凝土28L≤10樁基礎不限鋼筋混凝土2L10樁基礎10鋼筋混凝土210L≤15樁基礎不限預應力混凝土2L15樁基礎不限預應力混凝土2

（7）橋墩承臺系梁設計方法如下：

①可能受船舶、大冰圬等擊的橋墩，若無其它防撞設施，樁頂應設承臺。②地震基本烈度≥8度的地區(qū)，墩高大于7m時，樁頂應設系梁。③墩高超過20m時，樁頂應設系梁。4.3.2橋臺設計方法

（1）臺高H＜5m且側(cè)向及臺前可設錐坡時，宜選用柱式橋臺；臺高H≥5m且側(cè)向及臺前可設錐坡時，宜選用肋式橋臺；臺高H≥5m且側(cè)向可設錐坡時，宜選用“U”型橋臺。一般地，臺高H控制在8m以內(nèi)最為經(jīng)濟。

（2）式橋臺承臺不宜埋置太深，其底面以埋入地下1m為宜，以改善樁基受力，降低工程造價。（3）為降低工程造價，肋式橋臺肋數(shù)不宜多于橋墩柱數(shù)，橋臺承臺上不宜設置擋墻。4.3.3其它

（1）伸縮縫估算方法：D＝（Δt×L×10-5×103＋20）mm；D－伸縮量（mm）;Δt－極端最高氣溫與極端低氣溫的差值（度）；L－聯(lián)變形長度（m）。（2）預制梁長的預留值不應作為伸縮縫預留寬度的一部分。

（3）山嶺重丘區(qū)高等級公路構(gòu)造物（大中小橋、涵洞、通道等）的設置就少于2.5個/km。

（4）墩、臺蓋梁計算未考慮墩、臺身和蓋梁的固結(jié)作用。對于雙柱墩、臺近似簡化為簡支結(jié)構(gòu)計算，對于三柱數(shù)、臺近似簡化按連接結(jié)構(gòu)計算。

（5）基樁按彈性磨擦樁或嵌巖進行計算時，有效樁長不得小于5d（d為樁徑），有效樁長自最低沖刷線或樁側(cè)土厚度不小于2.5d處起算。

（6）橋面橫坡以墩、臺身高度的變化予以調(diào)整，支座墊石厚度為定值。

（7）為了在橋臺耳墻內(nèi)護欄受撞后不致影響耳墻安全，耳墻相外移了25cm或30cm，為此，橋頭路基兩側(cè)均應加寬50cm或60cm，從錐坡頂點起10m過渡到正常寬度。

結(jié)束語一般地講，平原區(qū)、城鎮(zhèn)人口密集區(qū)、旅游專線、立交區(qū)的橋梁在選型時應注重其經(jīng)濟性、美觀性和安全性；山嶺重丘區(qū)的橋梁在選型時應注重其經(jīng)濟性、施工難易程度和安全性。但是，隨著新材料、新工藝、新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，人們對橋梁結(jié)構(gòu)的認識不斷提高。因此，對結(jié)構(gòu)工程師而言，追求合理、美觀、經(jīng)濟、安全的橋型方案是永無止境的.

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大石水道特大橋主橋設計技術(shù)總結(jié)一、項目概況廣州東沙至新聯(lián)高速公路位于廣州市芳村區(qū)、番禺區(qū)和佛山市順德區(qū)境內(nèi)，路線以廣州環(huán)城高速公路東沙互通為起點，北接芳村區(qū)東沙大道，終點在新聯(lián)與廣州南沙港快速路相接，全長46.244km。大石水道特大橋主橋位于廣州東沙至新聯(lián)高速公路第S02施工標段，橋梁全長250m。主橋跨越Ⅴ級航道大石水道（是連接深海水道和三支香水道的咽喉要道），交角76.50。定測施工圖階段，認真研究了航道局、水利局的批復文件，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，委托了水利部珠江水利委員會水文局進行了水文分析計算。主橋采用雙幅對稱布置，上部結(jié)構(gòu)采用（65+120+65）m單箱單室變截面懸澆預應力混凝土連續(xù)箱梁。二、設計技術(shù)標準及設計規(guī)范和依據(jù)1、設計技術(shù)標準1.1橋面寬度：單幅全寬16.25m，橫向布置為0.5m（防撞護欄））+15.25m（行車道）+0.5m（防撞護欄）1.2橋面縱坡：±1.5%1.3橋面橫坡：2%（單幅單向坡）1.4荷載標準1.4.1汽車荷載等級：公路-Ⅰ級1.4.2地震基本烈度：地震峰值加速度為0.1g，特征周期為0.35s，對應地震烈度為Ⅶ度1.5通航標準1.5.1通航水位（黃海85國家高程）:最高通航水位3.274m1.5.2通航凈空:凈高8m側(cè)高5.5m底寬80m頂寬72m1.6溫度：橋址處極端最高溫度38.2℃，極端最低溫度-0.5℃；多年平均21.8℃；橋址處1月平均最高溫度13.3℃,7月平均最高溫度21.8℃,設計基準溫度取20℃。2、設計規(guī)范和依據(jù)2.1中華人民共和國交通部標準《公路工程技術(shù)標準》JTGB01－201*2.2中華人民共和國交通部標準《公路橋涵設計通用規(guī)范》JTGD60－201*2.3中華人民共和國交通部標準《公路圬工橋涵設計規(guī)范》JTGD61－201*2.4中華人民共和國交通部標準《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》JTGD62－201*2.5中華人民共和國交通部標準《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》JTJ024－852.6中華人民共和國交通部標準《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》JTJ025－862.7中華人民共和國交通部標準《公路工程抗震設計規(guī)范》JTJ004－892.8廣東省交通廳《關(guān)于印發(fā)廣州東沙至新聯(lián)高速公路初步設計審查意見的函》粵交基函[201*]611號2.9廣東省航道局《關(guān)于廣州市東新高速公路橋梁跨越有關(guān)河流的航道等級和橋梁通航凈空尺度初步意見的復函》粵航道復字[201*]76號2.10廣東省航道局《關(guān)于廣州市東新高速公路大石大橋跨越大石水道有關(guān)通航標準和技術(shù)要求的復函》粵航道復字[201*]75號2.11廣州市水利局《關(guān)于東新高速公路大石水道特大橋工程建設的復函》穗水函[201*]295號2.12廣州市番禺區(qū)水利局《關(guān)于跨河大橋橋型布置方案的復函》番水函[201*]388號三、主橋上部設計1、截面尺寸的擬定①跨徑比一般情況下，變截面連續(xù)梁為使邊跨正彎矩和中支點負彎矩取得大致接近的原則，以使布束更趨合理，構(gòu)造簡單，故L1/L2=0.239～0.692是常見的邊、主跨的跨徑比范圍，當L1/L2≤0.419時，邊孔支座要做成拉壓式以承受負反力，應屬于非常規(guī)的特殊處理；大都L1/L2=0.52～0.58則較合理，通常連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)邊中跨比值為0.52，并向小的方向靠，使得邊跨現(xiàn)澆段愈短愈好，這將有可能在邊跨懸臂端用導梁支承于端墩上合攏邊跨，取消落地支架。本橋邊、中跨比L1/L2=65/120＝0.542。②箱梁的箱和室使箱中的室最小化，因每個室都需要內(nèi)模，腹板間距以5～7m為宜。然而提供少數(shù)目的厚腹板以抵抗剪力是較經(jīng)濟的，進一步說，厚腹板也使預應力筋的布置和錨固變得容易，并且也改進了混凝土的澆注條件。腹板的間距主要考慮由頂部翼緣板在活載下傳遞的橫向彎矩，頂板的懸臂部分必須適于避免懸臂根部橫向較大彎矩的產(chǎn)生。箱和室的數(shù)目及腹板個數(shù)取決于橋梁的寬度，常見橋?qū)捙c箱室關(guān)系表如下：橋?qū)捙c箱室關(guān)系表橋?qū)払（m）B≤1515＜B≤201*≤B≤2522＜B≤35③梁高主跨箱梁跨中截面的高跨比h0≈(1/46.2～1/86)L2,通常為（1/54～1/60）L2，在箱梁根部的高跨比h1≈（1/15～1/20.6）L2,大部分為（1/18）L2左右。本橋h0/L2＝1/48，h1/L2＝1/18.46。一般情況下，可采用2次拋物線的梁底變高曲線，但往往會在1/4L2和1/8L2處的底板砼應力緊張，且在該截面附近的主拉應力也較緊張，因而，可將2次拋物線變更為1.5～1.8次方的拋物線更合理。本橋箱梁梁底變化曲線以及箱梁底板厚度變化曲線均采用1.8次方的拋物線。④橫斷面之頂板確定箱形截面頂板厚度一般考慮兩個因素：滿足橋面橫向彎矩的要求和滿足布置縱橫向預應力鋼筋的要求。最小需15cm，實際設計時一般不小于17.5cm。在配筋混凝土橋面板中頂板厚度與腹板間距可參考下表數(shù)據(jù)。本橋箱梁頂板厚度采用28cm。頂板厚度與腹板間距關(guān)系表腹板間距（m）頂板厚度（cm）⑤橫斷面之底板在連續(xù)梁橋中，箱梁底板厚度隨負彎矩的增大而逐漸加厚至根部，根部底板厚度厚跨比通常為（1/140～1/160）L2，以符合施工和運營階段的受壓要求，并在破壞階段使中性軸盡量保持在底板以內(nèi)�？缰械装搴穸纫话銥�20～32cm，以滿足跨中正3.518～205.020～257.028～30√√單箱單室雙室分離雙箱（四腹板）√√分離三箱分車道兩雙箱負彎矩變化及板內(nèi)配置預應力鋼筋與普通鋼筋的需要。但當?shù)装宀慌渲妙A應力鋼束時，最小厚度可達12cm，底板若太薄則容易開裂，主要還應考慮腹板和底板間縱向剪力的結(jié)合效應即箱梁的剪力滯效應。常規(guī)設計底板厚應大于17.5cm，本橋根部底板厚度采用80cm，跨中底板厚度采用28cm。為顯的整個結(jié)構(gòu)的輕巧，箱梁梁底曲線及底板厚度變化曲線均采用1.8次拋物線線形。⑥橫斷面之腹板箱梁腹板主要承受截面剪力和主拉應力。在大跨徑預應力混凝土連續(xù)箱梁中，箱梁腹板內(nèi)布置下彎束使得梁內(nèi)的剪應力和主拉應力較小，腹板厚度的增大也可減小主應力值，同時腹板的厚度宜從跨中向支點逐漸增加，以承受支點處較大的剪力，一般采用30～80cm。箱梁腹板厚度的確定應考慮三個方面，一為抵抗剪力Q和扭矩MT引起的剪應力和主拉應力的最小板厚；二為混凝土澆注施工方便及質(zhì)量保證；三為預應力筋（束）的錨固要求及局部應力的分散。本橋采用45→70cm，在一個梁段內(nèi)完成變化，同時針對近年來部分大跨連續(xù)梁橋邊跨現(xiàn)澆段及邊跨合攏段出現(xiàn)的不同程度的斜裂紋現(xiàn)象，本橋邊跨現(xiàn)澆段及邊跨合攏段腹板寬度采用等同中跨支點腹板寬度處理，越過邊跨合攏段后在一個梁段內(nèi)完成變化。⑦橫斷面之翼板箱形截面頂板兩側(cè)挑出的懸臂板長的也是調(diào)節(jié)頂板內(nèi)彎矩的重要因素，一般可取懸臂長度為腹板間距之半。當配置橫向預應力筋時，懸臂應盡量外伸。翼緣板懸臂端高度宜薄不宜厚，對于無橫向預應力筋時一般取12～15cm，對于配置橫向預應力筋時一般取15～20cm。翼緣板根部高度不小于（12+0.1倍懸臂長）cm，同時此時需匹配Φ16@10橫向鋼筋，實際厚度根據(jù)橋面板橫向計算取得。本橋翼緣板懸臂端高度取18cm，根部取70cm。同時為便于縱向預應力鋼束的布置，加大預應力合力偏心，腹板對稱采用橫向150cm加腋。⑧橫隔梁的設置箱梁橫隔梁的主要作用是增加截面橫向剛度，限制畸變應力，對于單箱單室截面，目前的趨勢是不設置橫隔梁，只在支點處為滿足支座布置及承受支座反力需要而設置橫隔梁，同時為便于設計及施工，中跨支點處橫隔梁的設置宜盡量簡化。橋梁工程實例中國虎門大橋輔航道橋、黃石長江大橋、三門峽黃河大橋、澳大利亞Gateway均為預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，其具體上部結(jié)構(gòu)箱梁的設計指標如下：預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁技術(shù)指標表橋名虎門大橋輔航道橋澳大利亞Gateway橋黃石長江公路大橋三門峽黃河公路大橋跨徑（m）270260245160橋面寬（m）1521.93201*.5箱梁高箱梁寬根部高（m）跨中高（m）箱寬（m）懸臂寬（m）14.815.6813.08.055.25.23.0712109.044.974.804.25箱梁細部尺寸比較表橋名懸臂頂板端部頂板肋腋頂板中部虎門大橋輔航道橋澳大利亞Gateway橋三門峽黃河公路大橋151515454552252525梁跨中323025梁根部梁跨中梁根部130150100406540607565頂板厚度（cm）底板厚度（cm）腹板寬度（cm）2、縱向整體計算①計算原理總體靜力計算采用平面桿系理論，以主梁軸線為基準線劃分結(jié)構(gòu)離散圖，全橋共分88個單元，89個節(jié)點，梁端及墩頂支承處橫隔梁截面計算采用橫隔梁側(cè)面的連續(xù)梁截面簡化處理�？傮w計算根據(jù)橋梁施工流程劃分施工階段和運營階段進行計算，根據(jù)設計的合攏方法模擬合攏計算步驟，根據(jù)荷載組合要求的內(nèi)容進行內(nèi)力、應力、位移等的計算，驗算結(jié)構(gòu)在施工階段、運營階段應力、主橋箱梁極限承載力是否符合規(guī)范要求。采用掛籃懸澆施工，單個掛籃總重800kN（包括模板及機具重量），總體計算采用《橋梁博士3.0》進行計算。邊界條件的處理：施工階段邊跨現(xiàn)澆段支承按固接處理，中墩按固接支承處理；成橋及運營階段各墩按固定鉸支座及活動鉸支座處理。②計算荷載組合本橋箱梁按照全預應力混凝土構(gòu)件進行設計，承載能力極限狀態(tài)強度驗算按照公路橋涵設計通用規(guī)范（JTGD60-201*）第4.1.6條基本組合規(guī)定進行設計；正常使用極限狀態(tài)截面拉應力設計按照公路橋涵設計通用規(guī)范（JTGD60-201*）第4.1.7條作用短期效應組合規(guī)定進行設計，截面壓應力設計按照公路橋涵設計通用規(guī)范（JTGD60-201*）第4.1.7條和公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范（JTGD62-201*）第7.1.1條規(guī)定進行設計。③箱梁縱向計算書箱梁縱向計算書采用橋梁博士報表輸出模板編制，計算書附后。3、箱梁橫向計算箱梁為單箱單室斷面，懸臂4.125m，箱體寬8m，橋面板橫向施加預應力。箱梁橫向采用閉合框架模式計算，順橋向取1延米，支座設置于腹板底位置，如下圖所示：箱梁橫向計算圖示計算荷載需考慮汽車荷載、非線性溫度變化等因素，對于活載來說，車輪處于不同位置時的縱向有效影響長度是不同的，因此需將不同位置的荷載折算成每延米，再用折線活載影響線的方法計算。由于橋面板厚度較薄，腹板左右截面內(nèi)力突變較大，實際設計中，橋面板橫向幾乎不可能做到全預應力，本橋的橫載+溫度工況按全預應力設計，橫載+活載+溫度工況按部分預應力混凝土A類構(gòu)件設計。箱梁橫向計算計算書附后。4、預應力筋布置、設計自廣州洛溪大橋開創(chuàng)引進瑞士群錨設計施工工藝先河后，大噸位群錨體系在我國取得了迅猛的發(fā)展。本橋借鑒國內(nèi)已建及在建大跨徑梁橋的成功設計及施工經(jīng)驗，縱向束采用OVM.M群錨體系。縱向束布置分為懸澆預應力束和連續(xù)預應力束兩類，隨著懸臂施工的加長，懸臂梁的恒載彎矩逐漸增加，對稱布置在懸臂梁頂部的預應力束承受此增加的恒載負彎矩；連續(xù)預應力束主要是在懸臂施工完成后，結(jié)構(gòu)受力體系由懸臂結(jié)構(gòu)合攏轉(zhuǎn)換為連續(xù)結(jié)構(gòu)，需抵抗合攏后的跨中附近截面的正彎矩以及內(nèi)力重分布。另外還要考慮承受的橋面二期恒載、活荷載、溫度變化引起的荷載等。本橋縱向預應力鋼束規(guī)格為GB/T5224-201*標準1χ7股高強低松弛鋼絞線，φs15.2-19和φs15.2-12組合，張拉控制應力0.75fpk，考慮梁段施工周期的不穩(wěn)定性及同一梁段分批張拉預應力產(chǎn)生的松弛損失，頂板束采取四束對稱布置，對稱張拉。箱梁縱向鋼束的腹板彎起束設計經(jīng)驗：在腹板變厚的梁段，其剪應力及主拉應力均比相鄰梁段增大，為達到削弱剪應力及主拉應力突變峰值的目的，常將腹板彎起束延長設置道腹板變厚梁段。箱梁橋的頂板橫向跨度較大時或其他形式的截面梁的橫隔梁，常施加橫向預應力，以幫助承受橫橋向的彎拉應力，并加強橋梁的橫向聯(lián)系。橫向預應力的設置可以采用直線形配束，也可以采用曲線形配束，據(jù)受力需要及構(gòu)造情況而定。一般情況下，橋梁頂板結(jié)構(gòu)中橫向預應力鋼束數(shù)量為5～7kg/m2。橫向預應力鋼束型號同縱向束，均布置在箱梁頂板內(nèi)，順橋向采取1束/0.5m間距布置，橫向束采用OVM.M扁錨體系，構(gòu)造上減小頂板的厚度，實現(xiàn)了按內(nèi)力需要來布設預應力鋼束。鋼束采取單端張拉，張拉控制應力0.75fpk。對懸臂施工的橋梁，為了主動抵抗和減少截面較大的剪力作用，并考慮結(jié)構(gòu)斜截面抗剪的安全儲備，在布設腹板彎起鋼束的同時設置JL32豎向預應力粗鋼筋。豎向預應力鋼筋布置在箱梁腹板內(nèi)，根據(jù)受力需要和構(gòu)造要求，順橋向平均每0.5m梁段內(nèi)，橫橋向布置兩根。單根控制張拉力為673.1kN，頂端一端張拉。5、普通鋼筋的設計當混凝土立方體試塊受壓破壞時，可以清楚地看到混凝土立方體試塊側(cè)向受拉破壞的形態(tài)。也即預應力僅在某一個方向上施加了預壓應力，而在其正交方向卻會產(chǎn)生相應的側(cè)向拉應力，這是預加應力的最基本概念，因而，在預應力混凝土結(jié)構(gòu)中必須配置一定數(shù)量的非預應力鋼筋，以保證預壓應力的可靠建立。本橋參照已建及在建眾多大跨連續(xù)梁橋優(yōu)秀設計經(jīng)驗，箱梁縱向受力鋼筋采用φ16，橫向頂板上層鋼筋、腹板承托鋼筋、腹板箍筋、底板倒角鋼筋均采用φ16，為有效抵抗箱梁橫向橋面板及底板內(nèi)正彎矩，頂板下層及底板上、下層鋼筋均采用φ20，同時為了避免預應力鋼束錨固區(qū)局部應力集中產(chǎn)生裂紋，對梁體內(nèi)連接有齒板的梁段及其前一個梁段的齒板覆蓋區(qū)域內(nèi)箱梁縱向鋼筋加粗，采用φ20，腹板內(nèi)撐筋采用φ12。由于箱梁腹板受剪的同時，同時橫向受彎，并可能產(chǎn)生剪彎組合，因而箍筋的設計（箍筋直徑、間距）要經(jīng)過仔細的計算，留足富裕的空間。6、考慮施工因素的設計①掛籃設計自德國Bendorf大橋60年代采用掛籃懸臂澆注施工技術(shù)以來，掛籃懸澆技術(shù)在大跨徑梁式橋梁的應用取得了長足發(fā)展。大橋設計對掛籃施工的要求：1）各懸臂施工梁段保持平衡施工；2）掛籃自重不得大于梁段自重的0.4倍，同時掛籃應設有調(diào)整±60mm豎向撓度的功能。掛籃的總體設計思路參照《廣和大橋輕型掛籃的設計與施工》{《水運工程》總331期第8期201*年8月，文獻編號1002-4972（201*）08-0071-03）}。②0號塊設計箱梁0號塊的設計首先必須滿足承載能力極限狀態(tài)下的強度驗算要求和正常使用極限狀態(tài)下的應力驗算要求。0號塊順橋向長度的設計必須要考慮懸臂施工采用掛籃的形式，保證掛籃拼裝就位并對稱行走到1號塊的工作空間。基樁、承臺、墩身完成后，在1、2號主墩兩側(cè)搭支架及臨時支撐，在1、2號墩頂安裝永久支座及臨時錨固設施，立模澆筑墩頂0號梁段混凝土，在混凝土達設計強度的90%后，張拉0號梁段縱向預應力鋼束T0、W0及臨時錨固預應力鋼束，形成臨時T構(gòu)，形成臨時T構(gòu)的臨時錨固措施必須能保證克服傾覆穩(wěn)定，使梁段無論是在對稱平衡懸臂狀態(tài)還是在遇到不對稱懸臂荷載時能正常施工并保證其處于穩(wěn)定和可靠狀態(tài)。本橋臨時錨固支撐體系對稱布置在主墩兩側(cè)，這樣不僅對梁提供了有效的固定和穩(wěn)定性能，而且在給定上部施工荷載的作用下，較墩頂直接設置臨時固定支座更能削減墩頂負彎矩的峰值。后期合攏段施工時拆除臨時支撐體系也較拆除傳統(tǒng)臨時固定支座采用的硫磺砂漿等措施更為方便。③邊、中跨合攏段體系轉(zhuǎn)換設計本橋按T構(gòu)連續(xù)梁順序合攏，見下圖此方法的具體程序是將所有懸臂施工部分由簡單到復雜底連接起來，最后在邊跨或次邊跨合攏。其優(yōu)點是對于大跨和多跨連續(xù)梁橋的施工能盡可能多地布置工作面，也可以對稱地懸澆合攏，故對工期較緊的長聯(lián)連續(xù)梁橋施工尤其適用。此外由于可對稱地懸澆合攏，故對結(jié)構(gòu)的受力分析較為有利，對收縮徐變的控制尤其如此。其缺點是在結(jié)構(gòu)總合攏前，單元呈懸臂狀態(tài)的時間較長，穩(wěn)定性較差，在風力較強時應停止施工。預應力混凝土連續(xù)梁賀龍的技術(shù)措施就是使墩、梁固接，而后采取在箱梁頂板、底板預埋鋼板，利用內(nèi)、外剛性支撐和臨時張拉永久性的部分預應力鋼束來鎖死合攏口，以抵抗升溫產(chǎn)生的膨脹力和降溫產(chǎn)生的收縮變形。因為合攏期很短，在此期間混凝土發(fā)生的徐變很小，可予以忽略，則剛性支撐上所受的壓力基本上為梁升溫產(chǎn)生的軸向力。一般情況下，合攏段混凝土澆注在當天氣溫最低時開始，假定合攏期間梁產(chǎn)生15℃的升溫，則對中、大跨徑的箱型梁來說，由于其截面較大，將會產(chǎn)生數(shù)千噸的溫度內(nèi)力，如此大的力是一般剛性支撐桿件無論從桿件結(jié)構(gòu)本身還是連接承載力都是難以承受的。故為了節(jié)省臨時工程費用及施工方便，宜在合攏口臨時措施鎖定后立即釋放一端支座的固接約束，使梁一端在合攏口鎖定后能沿支座自由伸縮。臨時束的張拉力一般宜控制在0.45～0.5fpk，以防止在合攏過程中預應力束過載而需要換束。合攏段混凝土宜比懸臂箱梁體提高一個等級，并要求早強，最好采用膨脹混凝土，并需作特殊配合比設計，澆注時應認真振搗和養(yǎng)生。四、主橋下部設計1、支座選擇及布置方式的研究對于預應力混凝土連續(xù)梁橋，在上部主梁和墩之間要設置橋梁支座。橋梁支座的作用是傳遞上部結(jié)構(gòu)的支撐反力，包括恒、活荷載引起的豎向力和水平力，是上、下部結(jié)構(gòu)的聯(lián)結(jié)紐帶，且是受力非常集中的薄弱構(gòu)件，一旦發(fā)生故障，如果要更換支座則就是一個巨大的工程。正確的支座布置是保證上部結(jié)構(gòu)在活載、溫度變化和混凝土收縮徐變等因素作用下的自由變形，使上、下部結(jié)構(gòu)的實際受力情況復核結(jié)構(gòu)的力學圖示必要條件。為使連續(xù)梁橋的縱向變形分散在梁的兩端，一般將固定支座設置在靠中間的支點處；如果中間支點處的橋墩較高或因地基受力等因素對承受水平力十分不利時，可酌情將固定支座布置在靠邊的其他墩臺上。如果按上圖A的布置方式則在橫橋向的溫度變形、荷載變形均受到約束，從而導致了主箱梁的縱向開裂，這種現(xiàn)象在國內(nèi)多座大橋上均出現(xiàn)過，必須引起重視。本橋設計遵循新規(guī)范設計理念，支座選擇時考慮地震力的作用，選用抗震支座。2、墩身尺寸的擬定本橋主墩最初設計為薄壁空心墩，后經(jīng)專家咨詢，認為墩身不是太高，設計為空心墩的必要性不大，混凝土量節(jié)省不多，空心內(nèi)模施工亦較繁瑣，同時墩頂平面為了解決局部支反力而造成配筋處理的麻煩，修改設計調(diào)整為厚4m，寬8m薄壁實心墩，后優(yōu)化設計壁厚調(diào)整為3m。為了增加結(jié)構(gòu)的景觀效果，業(yè)主建議墩身設計為倒切角棱臺形，后經(jīng)綜合設計與施工方便考慮，墩身采取自上而下全斷面倒角處理，設計為六棱柱體。邊墩設計考慮箱梁后期養(yǎng)護人員檢修箱室方便，邊墩設計為薄壁墩，墩身寬8m，壁厚1.5m，檢修爬梯設于邊墩上。3、承臺設計主墩承臺外形設計充分考慮橋位處潮汐的影響，端部設計為魚嘴形，最大限度地減小橋梁實施后對航道的影響，設計保證在最低通航水位水位時，承臺底不致于露出水面。結(jié)構(gòu)計算采用新橋規(guī)“撐桿－系桿”理論進行設計。設計參照水利部門的意見，承臺施工采用鋼板樁圍堰施工。邊墩承臺設計按普通承臺設計，頂面覆土0～50cm，結(jié)構(gòu)計算同樣采用“撐桿－系桿”理論進行設計。4、鉆孔灌注樁基礎設計本橋主墩位于水中，從《大石水道特大橋防洪評價報告》（水利部珠江水利委員會科學研究所[201*]293）查得橋位處一般沖刷深度為4.29～5.33m，同時考慮到主墩墩位處淤泥質(zhì)地層埋藏較深，墩位處地基土對樁身側(cè)限較弱，基樁由最初6根φ1.8m調(diào)整為6根φ2.0m，均為嵌巖樁，嵌巖深度不小于2.5D。設計計算按群樁基礎理論進行計算。邊墩位于岸上，基樁設計為4根φ1.5m，按嵌巖樁設計，嵌巖深度不小于2.5D。五、設計中存在的問題及對同類型橋梁的改進方案主橋箱梁幾經(jīng)修改，除了一些技術(shù)方面可以商討的外，更多的反映出設計經(jīng)驗的欠缺和設計思路的片面性，以下就設計中存在的問題作一些分析。1、箱梁梁段分塊長度的選取。最一開始沒有考慮到0號塊頂拼裝掛籃所需要的工作空間，導致最后審查提出將原0號塊和1號塊合并為0號塊，經(jīng)查閱既有一些橋梁掛籃設計施工工藝，0號塊的長度也不宜過長，否則造成支架現(xiàn)澆的難度加大，常規(guī)一般控制在9～12m。箱梁梁段分塊應最大限度地模擬施工進度，本橋箱梁梁段劃分過多地考慮了各個梁段重量趨于均衡，忽略了掛籃工作系數(shù)是以最重梁塊控制的，造成梁段分塊種類過多，一般梁段長度分類2～3類。2、箱梁0號塊設計。箱梁0號塊橫隔板的設置宜盡量簡化，方便設計與施工；0號塊的設計要與懸臂施工臨時支撐體系、支座設置、掛籃拼裝等因素一并考慮，避免后期不必要的麻煩。3、邊跨現(xiàn)澆段及引橋設計。為方便后期箱梁檢修養(yǎng)護，引橋設計理想的橋型是T梁，橫向布置奇數(shù)片梁，檢修人洞設于邊橫隔板上。引橋采用30～40mT梁不僅取消了邊墩高低蓋梁的設計，邊墩也可以修改設計為柱式墩，從工程造價到橋梁景觀效果均得到優(yōu)化。以后設計“T梁+大跨連續(xù)梁（連續(xù)剛構(gòu)）+T梁“應該是比較成熟的思路。4、箱梁梁段普通鋼筋圖的設計。由于箱梁橫向框架計算一直沒能很好地搞清楚，按照專家審查意見，底板橫向鋼筋由φ16調(diào)整為φ20。下一步設計必須貫徹設計結(jié)構(gòu)計算先行，即使有現(xiàn)成或類似參考資料，由于新規(guī)范的實施，也必須先做好驗算，避免不必要的工作損失。5、設計協(xié)調(diào)、組織管理需要進一步加強，設計人員的責任心需要進一步提高。設計中有相當一部分圖紙是由于設計人員責任心不夠造成的，下一步嚴格將質(zhì)量管理落到實處。六、針對此類型橋梁其他尚需提請注意或值得下一步深入研究的問題1、預應力鋼束設計。本橋預應力鋼束設計為每梁段頂板束四束，對稱張拉，在腹板彎起束結(jié)束梁段，頂板懸澆束由φs15.2-12調(diào)整到φs15.2-19，箱梁預應力設置整體偏高。本橋預應力設計最初設計為頂板懸澆束及腹板彎起束均為φs15.2-15，由于新規(guī)范溫度應力對結(jié)構(gòu)要求提高，85規(guī)范下的配束設計在新規(guī)范下不能通過。大墩位群錨體系不僅使錨下局部壓應力劇增，施工控制也相應提高，鋼束設計由φs15.2-15向φs15.2-19飛躍的臨界橋梁跨徑是下一步一個值得研究的問題。2、箱梁斷面（梁高）的選擇。本橋跨中梁高2.5m，根部梁高6.5m，應力計算中反映箱梁根部箱梁頂板區(qū)域壓應力偏大，下一步研究考慮加高箱梁根部梁高到6.8m左右或φs15.2-12頂板懸澆束由每斷面四束調(diào)整為兩束交錯布置后箱梁的應力狀況。3、箱梁橫向計算。下一步需深入研究搞清結(jié)構(gòu)橫向計算的原理和計算方法，搞清楚橫向及豎向預應力筋設計的原則。4、施工的技術(shù)：箱梁合攏的內(nèi)力重分布，合攏的先后順序（尤其對于多跨連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)），鋼束張拉及下部基礎施工等施工工序問題，需要由施工現(xiàn)場反饋。5、剛性支撐設計。究竟合攏段溫度應力有多大，剛性支撐的強度設計需要進一步研究。

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