連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析
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摘要：連續(xù)剛構(gòu)橋是一種重要的橋梁形式，其具有極大的結(jié)構(gòu)剛度，構(gòu)造美觀性更加顯著。但是由于其本身涉及到比較多的結(jié)構(gòu)荷載影響因素，加強(qiáng)其優(yōu)化設(shè)計(jì)顯得尤為重要。文章以連續(xù)剛構(gòu)橋梁為研究對象，重點(diǎn)對其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的受力特性、特色理念與要點(diǎn)進(jìn)行探討，以期可以確保所設(shè)計(jì)連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)橋梁；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；要點(diǎn)
作為交通運(yùn)輸體系的重要組成部分，橋梁工程建設(shè)關(guān)系民生建設(shè)的成敗。其中連續(xù)剛構(gòu)橋梁是當(dāng)前路橋工程項(xiàng)目建設(shè)中廣泛應(yīng)用的一種橋梁結(jié)構(gòu)形式，對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)固性與可靠性具有較高要求。但是如果沒有科學(xué)進(jìn)行設(shè)計(jì)，容易使相應(yīng)橋梁結(jié)構(gòu)因?yàn)橄聯(lián)线^大而形成比較嚴(yán)重的裂縫，進(jìn)而影響其使用的安全性與可靠性。因此，如何科學(xué)、系統(tǒng)地設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)值得深入探討。
1連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)的受力特征
在現(xiàn)階段道橋工程項(xiàng)目建設(shè)過程中，連續(xù)剛構(gòu)橋梁體系是比較常見的一種結(jié)構(gòu)體系形式，尤其是在跨越河流、山谷等地段的時(shí)候更是得到了廣泛應(yīng)用。在結(jié)構(gòu)體系層面，連續(xù)剛構(gòu)橋梁繼承了剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)（圖1）與連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)（圖2）兩種結(jié)構(gòu)體系橋梁的優(yōu)勢，并且配合自身結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以保證自身的受力達(dá)到最佳的狀態(tài)。相較于上述這兩種橋梁結(jié)構(gòu)形式，連續(xù)剛構(gòu)橋梁的主梁、橋墩等結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)方面也存在一些獨(dú)特的特征，如其主梁跨高、中跨比、箱梁底部線形等都有其自身的一些獨(dú)特特征，如主梁根部跨高比一般控制在15.7～20.6范圍內(nèi)，但是大多數(shù)控制在18左右。相較于同跨、同徑的連續(xù)橋梁結(jié)構(gòu)，連續(xù)剛構(gòu)橋在跨中區(qū)域部位處的正彎矩更小等等。通過對這些基本結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行設(shè)計(jì)，才能夠更好地對其受力情況進(jìn)行分析，也才能更好地分析其受力特色。鑒于連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)體系本身的特殊性，使得其相應(yīng)的受力特征也具有區(qū)別于剛構(gòu)橋與連續(xù)橋梁兩種結(jié)構(gòu)體系橋梁的一些獨(dú)特受力特征與特性，具體表現(xiàn)如下：其一，連續(xù)剛構(gòu)橋梁的墩梁固結(jié)體系主要設(shè)置在主梁與橋墩的結(jié)合部位處，它們在恒載作用下會具有相同的豎向位移與跨中彎矩。如果柱墩結(jié)構(gòu)形式為薄壁柔性墩，那么相應(yīng)墩頂截面部位處的荷載彎矩值要比同跨徑連續(xù)梁橋更小。其二，在墩梁固結(jié)共同工作狀態(tài)下，可以對跨中部位處的梁高進(jìn)行充分降低，并對主梁的跨中截面尺寸進(jìn)行減小，這樣可以進(jìn)一步減小其所受的恒載內(nèi)力，同時(shí)也可以對主橋的跨徑進(jìn)行增大。其三，受力結(jié)合了T型剛構(gòu)橋以及連續(xù)梁橋兩種橋梁結(jié)構(gòu)形式的結(jié)構(gòu)及受力特征，可以在極大程度上對混凝土的溫度變化、收縮變化以及徐變等變化現(xiàn)象進(jìn)行有效控制，這樣更有利于增強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)受力的合理性。
2連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特色理念
在連續(xù)剛橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最具特色和鮮明的一個(gè)設(shè)計(jì)理念是“強(qiáng)梁弱墩”設(shè)計(jì)理念，這也是連續(xù)剛構(gòu)橋梁建造與施工中需要重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)特色。通過對主梁結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行增大，可以顯著增強(qiáng)梁的剛度，這樣有利于提升主橋的實(shí)際跨越能力。而通過設(shè)計(jì)的手段減小主墩的剛度，增加其柔性特性，那么有利于增加墩梁的尺寸與跨徑，這樣更有利于確保所設(shè)計(jì)連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)的整體適宜性。在混凝土收縮聚變作用下以及溫度應(yīng)力與荷載等的共同作用下，可以使連續(xù)剛構(gòu)橋梁的主梁與墩頂部位處形成比較大的轉(zhuǎn)角位移與順橋向水平位移，同時(shí)可以快速增加橋梁墩身的彎矩值與剪力值。針對這種情況，通過靈活地設(shè)計(jì)抗推力比較小的薄壁墩身方式來對其結(jié)構(gòu)所承受的內(nèi)力值進(jìn)行降低，取而代之的是轉(zhuǎn)角位移與順橋向水平的自由支座，這樣可以保證連續(xù)剛構(gòu)橋梁在承載力作用下始終保持良好的穩(wěn)定性，且承載力也符合設(shè)計(jì)要求。基于這種柔性比較強(qiáng)的墩身結(jié)構(gòu)形式來對橋墩抗推力進(jìn)行降低，這樣可以借助“強(qiáng)梁弱墩”這一設(shè)計(jì)理念來保證整體所設(shè)計(jì)連續(xù)剛橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的成效。
3連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些要點(diǎn)
3.1做好結(jié)構(gòu)受力計(jì)算工作
在設(shè)計(jì)連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)期間，為了保證上部結(jié)構(gòu)、主梁結(jié)構(gòu)等各部分結(jié)構(gòu)部件設(shè)計(jì)的質(zhì)量，離不開各種結(jié)構(gòu)受力情況的深入分析。首先需要切實(shí)做好結(jié)構(gòu)受力計(jì)算工作。比如，在當(dāng)前的結(jié)構(gòu)受力計(jì)算當(dāng)中，常常借助有限元模擬計(jì)算軟件，但是這種計(jì)算方式的結(jié)果精度不佳，常常無法滿足后續(xù)的施工要求與規(guī)定，進(jìn)而使得最終的設(shè)計(jì)結(jié)果無法對箱梁和中跨底板的預(yù)應(yīng)力受力情況進(jìn)行準(zhǔn)確反映，進(jìn)而使得所設(shè)置的預(yù)應(yīng)力鋼束不合理，增加了底板出現(xiàn)變形問題的概率，甚至?xí)箻蛄旱装宄霈F(xiàn)崩裂破壞問題。又或者如果沒有準(zhǔn)確計(jì)算底板所受的橫橋向應(yīng)力，那么同樣容易對底板上層和下層部位處所設(shè)置的防崩鋼筋或橫向鋼筋的合理性帶來不利影響。因此，必須要切實(shí)做好各種橋梁結(jié)構(gòu)部件的受力計(jì)算和分析工作，如果可以精準(zhǔn)計(jì)算結(jié)構(gòu)的預(yù)拱度，那么可以避免后續(xù)結(jié)構(gòu)施工中出現(xiàn)的多次局部調(diào)整預(yù)拱度的問題。通過準(zhǔn)確進(jìn)行受力計(jì)算與分析，那么保證合攏段兩端高差，管道以及橋面的預(yù)拱度與豎曲線誤差等都滿足規(guī)定要求。
3.2加強(qiáng)橋梁主梁截面設(shè)計(jì)
主梁是構(gòu)成連續(xù)剛橋梁結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要組成部分，其涉及到截面、跨高、梁高等眾多設(shè)計(jì)參數(shù)，這些都是設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮的設(shè)計(jì)因素。比如，針對主梁截面設(shè)計(jì)而言，除了可以通過采取增強(qiáng)主梁剛度、柔性墩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與梁墩固結(jié)設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)手段來提高橋梁結(jié)構(gòu)本身的跨越能力之外，還要結(jié)合上述連續(xù)剛橋梁的基本受力特征，將連續(xù)剛橋梁的主梁截面設(shè)計(jì)為變截面形式。首先，鑒于連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)本身具有比較大的跨度，所承受的恒載內(nèi)力也相對較大，如果可以靈活應(yīng)用變截面形式，那么可以對跨中部位的恒載內(nèi)力進(jìn)行降低，同時(shí)使主梁的受力曲線分布情況同截面變化形式之間趨于一致，借助這種設(shè)計(jì)方式顯著減少結(jié)構(gòu)混凝土的使用量與恒載自重，節(jié)省設(shè)計(jì)資源，在后續(xù)項(xiàng)目施工環(huán)節(jié)中采用掛籃懸臂施工作業(yè)形式時(shí)可以保證其結(jié)構(gòu)形式更加契合其所受的內(nèi)力狀態(tài)，更有利于確保其整體的設(shè)計(jì)效果。
3.3橋梁結(jié)構(gòu)其他設(shè)計(jì)要點(diǎn)
除了上述連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)之外，也需要重點(diǎn)做好如下一些設(shè)計(jì)工作：（1）盡可能地降低剛構(gòu)橋本身的抗推剛度，這樣有利于減少其所受到的溫度內(nèi)力。鑒于連續(xù)剛構(gòu)橋梁本身多采用高橋墩設(shè)計(jì)形式，如果實(shí)際的橋墩主體結(jié)構(gòu)高度不足，那么需要將其替換為柔性樁基，這樣可以保證相應(yīng)的抗推剛度更小。（2）連續(xù)剛構(gòu)總長度進(jìn)行有效限制。如果設(shè)置過長的剛構(gòu)長度，那么會形成過大溫度應(yīng)力，為了對溫度內(nèi)力進(jìn)行縮小，應(yīng)用有機(jī)結(jié)合連續(xù)剛構(gòu)與連續(xù)橋梁所形成的橋梁結(jié)構(gòu)體系，保證可以全面提升其設(shè)計(jì)質(zhì)量。（3）如果連續(xù)剛構(gòu)橋梁本身具有比較大的跨徑，相應(yīng)的自重也會比較大，其恒載占比會接近90%及以上。如果直接采取跨徑或面徑增大的方式，那么實(shí)際的效果不佳，在設(shè)計(jì)過程中對橋梁造型進(jìn)行更改，配合現(xiàn)代化設(shè)計(jì)技術(shù)、手段與方法應(yīng)用，可以保證所設(shè)計(jì)連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)的合理性，確保其結(jié)構(gòu)的承載力滿足規(guī)定要求。（4）為了防范船只碰撞，可以采用雙薄壁式橋墩結(jié)構(gòu)形式，利用這種柔性結(jié)構(gòu)形式和防撞設(shè)計(jì)的有效結(jié)合可以更好提升橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體效果。比如，在設(shè)計(jì)剛構(gòu)橋橋墩結(jié)構(gòu)期間，可以專門性增設(shè)分離式、人工剛性等類型的防撞島，以及柔性比較大的防撞設(shè)施，借助這些防護(hù)結(jié)構(gòu)等輔助性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以更好提升其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效果。
4結(jié)束語
總之，連續(xù)剛構(gòu)橋梁是當(dāng)前大跨度橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最為常用的一種結(jié)構(gòu)形式。在開展連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，需要對其受力特色和設(shè)計(jì)理念進(jìn)行深刻認(rèn)知的基礎(chǔ)上，做好結(jié)構(gòu)受力計(jì)算工作以及主梁截面等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)工作，這樣才能全面確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果。
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作者：李曉灑 單位：中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司