某黄河大桥大跨径刚构一连续组合梁桥结构设计与

xx大桥大跨径径刚构一连连续组合梁梁桥结构设设计与探讨讨

一、前言

在大跨跨径桥型方方案比选中中，连续梁梁桥型仍具具有很强的的竞争力。连连续梁桥型型在结构体体系上通常常可分为连连续梁桥、连连续刚构桥桥和刚构一一连续组合合梁桥。后后者是前两两者的结合合，通常是是在一联连连续梁的中中部一孔或或数孔采用用墩梁固结结的刚构，边边部数孔解解除墩梁团团结代之以以设置支座座的连续结结构。在结结构上又可可分为在主主跨跨中设设铰、其余余各跨梁连连续和全联联不设铰的的组合梁桥桥两种形式式，通常称称后者为刚刚构一连续续组合梁。在在我国已建建成的该桥桥型的比较较典型的例例子有东明明黄河大侨侨，跨径比比之更大的的该类型桥桥现已初见见尝试。

二、刚构一连续续组合梁桥桥的结构受受力特点及及应用

1结构特征征及受力特特点

在连续续梁桥中，将将墩身与主主梁团结而而成为连续续刚构桥。由由于墩身与与主梁形成成刚架承受受上部结构构的荷载，一一方面主梁梁受力合理理，另一方方面墩身在在结构上充充分发挥了了潜能，因因此该桥型型在我国得得到迅速的的应用和发发展[2]。具有一一个主孔的的单孔跨径径已达270mm，具有多多个主孔的的单孔跨径径也达2550m，最最大联长达达10600m。随着着新材料的的开发和应应用、设计计和施工技技术的进步步，具有一一个主孔的的单孔跨径径有望突破破300mm的潜力。而而对于多跨跨一联的连连续刚构是是不是也能能在联长上上有更大的的发展呢？？众所周知知，墩身内内力与其顺顺桥向抗推推刚度和距距主梁顺桥桥向水平位位移变形零零点的距离离密切相关关。抗推刚刚度小的薄薄壁式墩身身能有效地地降低其内内力，但随随着联长的的加大，墩墩身距主梁梁顺桥向水水平位移变变形零点的的距离亦将将加大，在在温度、混混凝土收缩缩徐变等荷荷载的作用用了，墩顶顶与主梁一一道产生很很大的顺桥桥向水平和和转角位移移，墩身剪剪力和弯矩矩将迅速增增大，同时时产生不可可忽视的附附加弯矩，致致使刚构方方案无法成成立。在结结构上将墩墩身与主梁梁的团结约约束予以解解除而代之之以顺桥向向水平和转转角位移自自由的支座座，这样就就变成刚构构一连续组组合梁的结结构形式。于于是边主墩墩墩身强度度问题得以以解决，且且在一定条条件下联长长可相对延延长。可见见，刚构一一连续组合合梁是连续续梁和连续续刚构的组组合，它兼兼顾了两者者的优点而而扬弃各自自的缺点，在在结构受力力、使用功功能和适应应环境等方方面均具有有一定的优优越性。

22.在我国的的应用情况况

东明黄河河大桥开创创了刚构一一连续组合合梁桥在我我国应用的的先例。

由由于放松了了多跨连续续刚构桥对对边主墩高高度的要求求，因此刚刚构一连续续组合梁桥桥适用于不不同的地形形、地质条条件、通航航要求等。下下面将介绍绍的武汉军军山长江公公路大桥初初步设计刚刚构一连续续组合梁桥桥方案就是是一个典型型的设计实实例。目前前国内在建建的典型的的大跨径刚刚构一连续续组合梁有有杭州饶城城公路东段段钱江六桥桥，其技术术设计阶段段主桥为127＋3XX2322＋1277=9550m的五五跨预应力力混凝土刚刚构一连续续组合梁体体系，中、边边主墩均为为双壁墩，中中主墩墩身身与主梁固固接，边主主墩墩身与与主梁分离离，分别设设置4个650000kN的支应与与主梁连接接，悬臂施施工中墩梁梁通过预应应力粗钢筋筋临时固接接。受地形形影响解除除边主墩墩墩身与主梁梁固结的刚刚构一连续续组合梁桥桥还有黑河河大桥，该该桥布跨为为60116＋6×1000＋60＝720mm，墩身为为单箱墩，最最外边墩设设支座。

刚构一连连续组合梁梁桥还适合合于某些特特殊布跨情情形。如厦厦门海沧大大桥西航道道桥，布跨跨为70＋140十70十42＋42（m），其中中两孔42m跨锚锚碇，避免免了设两孔孔连续或简简支梁，并并减少了伸伸缩缝。像像这样将边边墩设支座座的小边跨跨与连续刚刚构主体相相连而成为为非典型的的刚构一连连续组合梁梁桥的桥还还有很多。

三、设计实例

武武汉军山长长江公路大大桥初步设设计作了斜斜拉桥和连连续刚构两两个方案同同等深度的的经济技术术比较。其其中连续刚刚构方案最最初的跨径径布置为1388＋24O＋240＋2400＋138（m)，三个主主跨的四个个主墩均为为双薄壁墩墩，墩身与与主梁固结结。设计中中发现两个个边主墩由由于高度较较矮，受力力很不合理理，因此，将将其与主梁梁的固结约约束予以解解除，桥型型变为刚构构一连续组组合梁的结结构形式（后后出于总体体布跨考虑虑，将跨径径布置调整整为138＋240＋240＋240＋138＋56（m））。现现以布跨138＋240＋240＋240＋138（m)的大跨径径刚构一连连续组合梁梁桥的设计计为例对其其结构设计计加以介绍绍和探讨。其其结构设计计简介如下下：

1.结构体系系

桥梁分左左右两幅，采采用138＋240＋240＋240＋138（m）五跨一一联三向预预应力混凝凝土刚构一一续梁组合合梁桥型方方案，双壁壁墩结构，中中主墩墩身身与主梁固固结，边主主墩及边墩墩墩顶设支支座。边主主跨比L边：L主＝0.5775：1，纵坡3％，纵曲曲线要素为为T＝5l0m，R=170000m，E=7.665m。横横坡2％，由箱箱梁顶板坡坡度形成。桥桥面铺装为为6cm钢纤纤维混凝土土垫平层加加6cm沥青青混凝土。桥桥型布置见见图1。2.下部构造

主墩墩墩身为普通通钢筋混凝凝土结构，采采用50号混凝土土，双壁墩墩结构。P2，P5号墩为边边主墩，墩墩高28mm，左右幅幅每片墩墩墩顶各设两两个吨位为为600000kN的球形钢钢支座，墩墩身为矩形形实心断面面，断面尺尺寸320ccmX8000cm，顺顺桥向外缘缘距12mm；P3，P4号为中主主墩，墩高高39.99m，墩身身与主梁固固结，墩身身为矩形实实心断面，断断面尺寸280ccmX7550cm。，顺顺桥向外缘缘距12mm。承台采采用30号混凝土土，均为整整体式，厚厚5m。P2～P5两号墩桩桩基础采用用25号水下混混凝土，均均为18根直径2．5m的钻孔孔桩，桩长长分别为55m，35m，40m，37.55m，均按按支承桩设设计。下部部构造平面面布置如图图2.P33,P4及P5号墩基基础拟采用用双壁钢围围堰方案施施工，P2号墩拟采采用钢管桩桩平台加钢钢套箱方案案施工。为为有效抵抗抗偶发的巨巨大船撞荷荷载，各主主墩均设计计为整体式式基础和承承台。防撞撞构造立足足于墩身自自身防撞，因因此墩身按按实心断面面设计。

3上部构造

主梁为为分离式单单箱单室直直腹板箱梁梁，采用50号混凝土土。根部梁梁高h根=13.22m，h根：L主=1：18.118；跨中梁梁高h中=4.0mm，h中：L主=l：60；箱梁底底线变化曲曲线y＝4.0+（9.2//114）×X。箱梁拟拟采用对称称悬臂现浇浇施工工艺艺，施工梁梁段长度分分为3m，4m，5m三种类类型，0号块现浇浇段17mm，合龙段段3m。1/2标准跨的的分块布置置为：（l/2）x177m＋10x3mm＋10x4mm＋8xx5m＋（1/2）x3..0m＝120mm。最大悬悬臂施工长长112．5m，共28对施工块块件，块件件重量在140..8～234..5t之间。箱箱梁顶宽16..45m，底底宽7.55m，翼缘缘板悬臂长长4.4775m（含含承托），外外侧厚155cm，根根部厚500cm。0号块顶板板厚45ccm，其他他位置顶板板厚28cmm。0号块腹板板厚100ccm。向跨跨中分70cmm，60cmm，40cmm三个梯段段变化。根根部底板厚厚130ccm。；跨跨中底板厚厚28cmm，中间按y＝0.28＋（1.02／114）×x变化。箱箱梁仅在墩墩项及梁端端设横隔板板，墩顶横横隔板位置置及厚度与与每片墩身身相对应。为为增强箱梁梁整体性，还还在墩顶设设置了箱外外横隔板。箱箱梁横断面面见图3.

箱梁纵向预应力力体系采用用15－22，控制张张拉力42966.6kNN，横向预预应力体系系采用15－4，控制张张拉力7811.2KNN。纵、横横向预应力力均采用φ15.224mm预预应力超强强、低松弛弛钢绞线，极极限抗拉强强度为18600MPa，计算弹弹性模量E=1..95x110'MPPa。竖向预预应力体系系采用φ32mmm轴轧螺纹纹粗钢筋，控控制张拉力力5422.8kNN.箱梁典型型断面纵向向预应力钢钢束布置见见图4.

4.结构分析

（1）计计算模式

顺顺桥向总体体结构静力力分析采用用平面杆系系综合程序序进行。接接施工阶段段将结构分分为328个单元325个节点，共共63个施工阶阶段。由于于地质条件件相对较好好，因此未未按等刚度度原理将桩桩基础进行行模拟，即即不计桩基基础的影响响，近似按按承台底固固结考虑。中中主墩与主主梁固结，边边墩为单向向交承，计计算中计入入了边主墩墩，结构离离散图见图图5。

(2)计算荷载载

汽车：半半幅桥横向向按布置4个车队数数考虑，横横向折减系系数为0.667，纵向折折减系数为为0.97，偏载系系数1.115。

挂车：按按全桥布置置一辆考虑虑，偏载系系数1.115。

满布人群:3.55KN/平方米

二部部恒载：7t／m。

温度：结结构体系温温差考虑升升温20℃，降温20℃；梁体温温差考虑了了由于太阳阳辐射和其其他影响引引起上部结结构顶层温温度增加时时产生的正正温差及由由于再辐射射和其他影影响，热量量由桥面顶顶层散失时时产生的负负温差，参参照BS54400荷载规范范取用；箱箱内外温差差为5℃；桥墩墩墩体考虑日日照不均匀匀温度差：：升温时，两两片墩身的的一侧比另另一侧和中中间高5℃，降温时时，两片墩墩身的一侧侧和中间比比另一侧高高5℃。温度效效应考虑两两种组合：：体系升温温十正温差差十升温时墩墩体温差，体体系降温十十反温差十十降温时墩墩体温差。

静风荷载：施工风速按30年一遇，成桥风速按100年一遇计。横桥向风力按规范公式计算。

船撞力：横桥向18400kN，顺桥向9200kN。作用点位置按规范或专题确定。

（3）施工方法及主要工况

拟采用悬臂浇注法施工。为确保施工阶段单T的顺桥向抗弯及根桥向抗扭稳定性，将P2、P5号墩墩顶与主梁临时固结，在次边跨合龙施工完成后予以解除，完成体系转换。主要工况为；①施工基础及墩身，悬臂浇筑至最大悬臂状态，形成单T；②满堂支架浇筑边跨现浇段，配重施工；③边跨合龙，现浇段支架拆除；④次边跨合龙；⑤中跨合龙，形成结构体系对施加二部恒载；⑦运营。

（4）计算参数及荷载组合

混凝土：徐变特征终级值2.3，弹性继效系数0.3，徐变速度系数0.021，收缩特征终级值0.00015，收缩增长速度系数0.021。

预应力：松弛率0.03，管道摩阻系数0.22，管道偏差系数0.001，一端锚具变形及钢束回缩值0.006m。

考虑五种组合：①恒十汽；②恒十汽十温度；③恒十挂;④恒十满人；⑤恒十汽十温度+船撞力。

(5)计算结果

主梁成桥状态及组合①的内力包络图见图6

主梁次边跨跨中中汽车活载载挠度为00.1111m，中跨跨跨中为00.0966m。

主梁应力力：成桥状状态混凝土土应力最大大约1555kg／平平方厘米，最最小约266kg／平平方厘米，组组合①混凝土应应力最大约约17IIkg／平方厘厘米，最小小约10kgg／平方厘厘米，组合合②混凝土应应力最大约约215kkg／平方方厘米，最最小约一66kg／平平方厘米。

五、几个问题的的探讨

1.结构方案案比较

在维维持主跨规规模不变的的前提下，为为寻求一个个受力合理理、结构安安全、适用用美观的方方案，对结结构形式及及主墩厚度度作了计算算比较。比比较的方案案有138＋3XX2400＋138（m）连续刚刚构方案，墩墩厚2.55m；138＋3x2440＋138（m）连续刚刚构方案，墩墩厚2.11m；138＋3x2440＋138（m)刚构一连连续组合梁梁方案，固固接墩厚2.5mm；1388＋3xx2400＋138（m)刚构一连连续组合梁梁方案，固固接墩厚2.lm。经过计计算分析得得出如下结结论：

（1）相同布布跨和墩厚厚的两种方方案，主梁梁的内力和和位移相差差较小，中中主墩由于于高度较大大，且距顺顺桥向变形形零点较近近，内力相相差也不大大，而边主主墩受力则则相差悬殊殊。在连续续刚构方案案中，由于于高度较矮矮，且距变变形零点很很远，因此此，尽管在在设计上采采取了措施施，在恒载载、活载及及温降组合合工况下，墩墩身两端仍仍产生了很很大的弯矩矩，而且靠靠外侧的墩墩身轴力难难以提高，而而在刚构一一连续组合合梁方案中中，墩底弯弯矩是由支支座最大静静摩阻力决决定的，因因此相对较较小，另外外墩顶轴力力通过配重重措施可以以得到很好好的解决。

(2)墩身厚度度的降低，迅迅速降低了了墩身刚度度，从而迅迅速减小了了温度产生生的墩身的的荷载效应应，对边主主墩效果更更为明显。但但墩身厚度度同时受截截面应力状状态和稳定定性的限制制，存在一一个低限。

2边主墩合理型式的选择

对于规模较小的桥梁，最不利组合下的墩顶竖向力相对较小，支座数量少且容易布置，而且最大悬臂状态下的稳定性问题显得次要的情况，采用单柱式墩是合适的。但对于大跨径刚构一连续组合梁桥，从以下几方面的研究可见，采用双柱式墩是边主墩的合理型式。

（1）结构受力比较

设单柱式墩的截面尺寸为BX2H，双柱式墩为BXH，中心距2r，墩高相同，如图7所示。在其他条件相同的前提下，经计算，边主墩若采用单位式墩，与采用双柱式墩相比较：

主梁内力：中跨跨中的M，Q，N略有减小，边跨跨中和次边跨跨中的M，Q，N均略有增大；边主墩顶和中主墩顶的N，Q均略有增大，变化值不大，但M却增大很多，对边主墩顶：成桥状态增大81％，最不利组合增大45％，对中主墩顶：成桥状态增大1.3％，最不利组合增大6.l％；

中主墩墩身内力：N，Q略有增大，M成桥状态增大9％，最不利组合增大8％；

主梁挠度；次边跨跨中汽车荷载挠度增大36％，中跨跨中汽车荷载增大8％。

可见，边土墩采用双柱式可减小上部结构的计算跨径，降低箱梁截面内力和挠度。

(2)采用双柱柱式墩有利利于施工阶阶段最大悬悬臂状态下下的安全性性

施工阶段段，由于墩墩身与箱梁梁临时固结结，因此，采采用双柱式式墩的顺桥桥向抗弯惯惯性矩为

而采用单柱式墩墩的顺桥向向抗弯惯性性矩为

对于本桥，前者者为后者的的5.992倍。

（3）能保证证桥梁横向向抗风的要要求

施工期期间，桥梁梁处于悬臂臂状态，其其横向抗风风稳定性尤尤为重要。此此时墩顶与与主梁固接接，对于单单柱式墩，当当其受到横横桥向扭矩矩后，柱身身产生扭转转角（见图图7），从而而产生抵抗抗扭矩，对对于双柱式式墩，桥墩墩的抗扭能能力由两部部分组成：：一是两片片柱身扭转转产生的抵抵抗扭矩，二二是由于柱柱身产生横横桥向水平平力Q，从而产产生抵抗扭扭矩，其值值为Q与2r的乘积，它它是双柱式式墩的主要要抵抗扭矩矩。从数值值上看，后后者远大于于前者，因因此能保证证大跨径桥桥梁横向抗抗风稳定性性的要求。

（4）构造和美观要求

最不利组合下墩顶的竖向力决定了支座的数量，大尺寸的大吨位支座的布置及在施工期间墩身与主梁的临时固结构造决定了墩身的最小平面尺寸。对本桥而言，若采用单柱式墩，其墩身厚度在6m以上，显得过于厚重，与轻巧的中主墩不协调，在材料用量上与双柱式墩相差很少。

3边主墩支座力的平衡措施

由于边主墩距桥梁中心线较远，加上特定的合龙顺序和边中跨比，在不采取措施的前提下，两片边主墩墩身的竖向力会相差较大，这样一会导致支座吨位很大且规格相差悬殊；二来增加基础的工程量。为解决此问题，在边跨合龙前在外侧悬臂端施加配重能较好的解决。

本桥的设计措施是在边跨合龙前在外侧悬臂端施加90t的永久配重，其与不配重计算结果比较见表1。

可见，配重对平平衡边墩墩墩顶轴力的的效果是明明显的。

最最大悬臂状状态下顺桥桥向施工稳稳定性取决决于该状态态下的最大大不平衡荷荷载，其由由箱梁已浇浇筑梁段的的自重偏差差、挂篮等等机具的安安装偏差、正正浇筑梁段段的自重偏偏差、