等高現(xiàn)澆連續(xù)箱梁橋設(shè)計(jì)探討

楊文志，諶 楹，徐 容

(廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西 南寧 530029)

等高現(xiàn)澆連續(xù)箱梁橋設(shè)計(jì)探討

楊文志，諶 楹，徐 容

(廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西 南寧 530029)

文章結(jié)合工程實(shí)例對(duì)等高現(xiàn)澆連續(xù)箱梁橋設(shè)計(jì)過(guò)程中的常見(jiàn)技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行探討，分析了各設(shè)計(jì)方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍，并提出一些設(shè)計(jì)建議，供同類工程設(shè)計(jì)參考。

等高現(xiàn)澆連續(xù)箱梁；設(shè)計(jì)；構(gòu)造尺寸；施工順序；橫梁；橋梁腹板

0 引言

等高現(xiàn)澆連續(xù)箱梁橋具外形簡(jiǎn)捷、美觀、抗扭剛度大、整體性好等優(yōu)點(diǎn)，相比預(yù)制結(jié)構(gòu)梁橋，現(xiàn)澆連續(xù)箱梁橋能適應(yīng)路線變寬、小半徑的要求，這種橋型已廣泛應(yīng)用于互通式立交、跨線橋等工程中。雖然應(yīng)用廣泛，但等高現(xiàn)澆連續(xù)箱梁的設(shè)計(jì)也存在不少的問(wèn)題，造成施工不便、材料浪費(fèi)和后期運(yùn)營(yíng)橋梁病害，主要體現(xiàn)在：(1)箱梁構(gòu)造尺寸不統(tǒng)一，基本上是一座橋一個(gè)特色，即便是相同的跨徑組合，不同的設(shè)計(jì)單位擬定的外形尺寸差異也很大，造成了極大的不便和浪費(fèi)；(2)設(shè)計(jì)對(duì)施工工序考慮不足，施工過(guò)程中變更較多。設(shè)計(jì)往往對(duì)項(xiàng)目工期要求、施工單位人員設(shè)備情況等因素缺乏統(tǒng)籌考慮，對(duì)每種施工工序自身的特點(diǎn)和適用范圍也缺乏全面認(rèn)識(shí)，造成施工過(guò)程中不能按設(shè)計(jì)的工序?qū)嵤?3)橫梁采用預(yù)應(yīng)力構(gòu)件或普通鋼筋構(gòu)件認(rèn)識(shí)不統(tǒng)一，造成構(gòu)件受力不合理或施工困難；(4)變寬橋腹板布置沒(méi)有統(tǒng)一的原則，腹板分割箱室形狀各異，造成腹板傳力不流暢，局部位置應(yīng)力集中明顯。本文結(jié)合工程實(shí)例和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)以上設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行探討，并提出了一些設(shè)計(jì)建議，供同類工程設(shè)計(jì)參考。

1 箱梁一般構(gòu)造尺寸取值

一般構(gòu)造尺寸的擬定是橋梁設(shè)計(jì)中最重要的內(nèi)容，合理的構(gòu)造可以使設(shè)計(jì)的橋梁受力性能良好，施工方便，經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)良，設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)詳細(xì)比選，擇優(yōu)選取，確定較為合理的一般構(gòu)造尺寸。對(duì)等高現(xiàn)澆連續(xù)箱梁而言，需要確定梁高、懸臂尺寸、箱室個(gè)數(shù)、箱室寬度、腹板厚度，頂、底板厚度等構(gòu)造尺寸。等高現(xiàn)澆箱梁橋典型斷面及部分構(gòu)造尺寸的取值范圍見(jiàn)圖1。

圖1 箱梁橫斷面構(gòu)造尺寸示意圖(單位：cm)

梁高尺寸H一般取最大跨徑的1/15～1/20，常見(jiàn)跨徑的梁高取值見(jiàn)表1，當(dāng)橋下凈空受限或?yàn)楣?jié)約投資時(shí)，在滿足受力和剛度要求時(shí)，20m、25m跨徑的箱梁的梁高可適當(dāng)降低至1.2m、1.4m，其余跨徑橋梁可參考表1取用。單個(gè)箱室寬度可取2.5～5m，最大值應(yīng)≤5.5m。懸臂長(zhǎng)度一般取1.75m、2.0m、2.5m，具體取值應(yīng)根據(jù)橋?qū)?、箱室個(gè)數(shù)及箱室寬度確定。懸臂端部尺寸一般取18～20cm，根部厚度一般取45～50cm。箱室頂板厚度一般取25cm，底板厚度一般取22cm?？缰懈拱搴穸菷一般取45～50cm，支點(diǎn)段腹板厚度應(yīng)加厚至70～80cm，以滿足支點(diǎn)附近的抗剪要求，中間過(guò)渡段長(zhǎng)度應(yīng)滿足不小于規(guī)范12倍變化值的要求。需要指出的是以上構(gòu)造取值是在總結(jié)以往實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上得出的經(jīng)驗(yàn)值，應(yīng)用到實(shí)際工程時(shí)可根據(jù)計(jì)算適當(dāng)調(diào)整，以使箱梁受力更合理。

表1 中小跨徑箱梁梁高取值表

另外，箱梁設(shè)計(jì)中有一些構(gòu)造細(xì)節(jié)應(yīng)引起設(shè)計(jì)人員重視，例如懸臂端部設(shè)置滴水槽可以有效阻止雨水沿懸臂、腹板流下污染梁體，保持梁體潔凈美觀，特別是城市橋梁等對(duì)橋下景觀要求較高的橋梁都應(yīng)設(shè)置；又如通風(fēng)孔的設(shè)置可以減小箱室內(nèi)外的溫差，減小由于溫度引起的應(yīng)力，同時(shí)減小箱梁內(nèi)外濕度差，利于混凝土的收縮徐變。

2 現(xiàn)澆箱梁橋施工順序的確定

實(shí)際工程中，一座橋往往包含很多聯(lián)現(xiàn)澆箱梁，此時(shí)施工工序的選擇就很重要，確定好施工工序，鋼束的張拉方式和張拉槽口的構(gòu)造才能確定。一般來(lái)講，最理想的施工工序是每聯(lián)橋相互獨(dú)立，其施工不受相鄰聯(lián)的影響，稱之為“獨(dú)立工序”，施工單位可以根據(jù)場(chǎng)地、設(shè)備條件靈活安排，此種工序鋼束一般采用兩端張拉，梁體為一次落架。當(dāng)沒(méi)有條件做到每聯(lián)獨(dú)立施工時(shí)，可以考慮從中間聯(lián)往兩邊聯(lián)施工，或起點(diǎn)往終點(diǎn)依次施工，稱之為“順序工序”，此種工序鋼束一般采用單端張拉，梁體為分段澆筑施工。

采用“獨(dú)立工序”時(shí)，鋼束在張拉端有兩種錨固形式，如圖2、圖3所示。圖2鋼束錨固于梁頂，槽口設(shè)置在箱梁頂板，為上錨式；圖3鋼束錨固于梁端，利用兩聯(lián)間所開(kāi)槽口的空間進(jìn)行鋼束張拉，為端錨式。兩種錨固方式在實(shí)際工程中均有應(yīng)用，但各有特點(diǎn)，選用何種錨固方式需設(shè)計(jì)人員結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況確定。

圖2 鋼束上錨式示意圖

圖3 鋼束端錨式示意圖

上錨式施工時(shí)各聯(lián)橋之間無(wú)相互干擾，可獨(dú)立進(jìn)行鋼束張拉和主梁落架，但由于縱向鋼束都彎起錨固于梁頂，錨固區(qū)下緣往往出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力，需要設(shè)置反拉鋼束消除過(guò)大的拉應(yīng)力。反拉鋼束沿梁底布置，一般采用單端張拉，固定端設(shè)于梁端附近，張拉端通過(guò)張拉齒板設(shè)于箱室內(nèi)，施工時(shí)需先在箱室內(nèi)對(duì)反拉鋼束進(jìn)行張拉，然后再?gòu)埨淞嚎v向鋼束。上錨式梁端應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜，槽口位置普通鋼筋構(gòu)造也比較復(fù)雜。

端錨式由于要留夠足夠的張拉空間，槽口尺寸一般比較大，為了使梁底支座傳力不受開(kāi)槽口影響，在梁底位置須設(shè)置一定厚度的混凝土實(shí)體段，該實(shí)體段厚度一般應(yīng)≥40cm。在橫橋向，若支座位置處于腹板下方，此實(shí)體段的受力類似于牛腿，成為構(gòu)件的薄弱環(huán)節(jié)，需注意此處的局部計(jì)算和配筋。端錨式梁端槽口的寬度應(yīng)根據(jù)鋼束張拉所用千斤頂?shù)膹埨臻g確定。應(yīng)該指出的是，無(wú)論采用上錨式或端錨式構(gòu)造，張拉槽口位置需截?cái)嘞淞旱氖芰χ鹘詈蜆?gòu)造鋼筋，設(shè)計(jì)時(shí)需特別強(qiáng)調(diào)槽口位置普通鋼筋的等強(qiáng)度恢復(fù)，以確保封錨后主梁無(wú)受力的薄弱環(huán)節(jié)。

采用“順序工序”時(shí)，需根據(jù)工期安排確定主梁澆筑的起始工作面，然后逐段施工，如圖4所示。施工縫的位置一般選在離支點(diǎn)L/5～L/4之間，為滿足鋼束連接器的布置需要，施工縫位置腹板須加厚，腹板加厚段厚度根據(jù)連接器的布置要求和錨下局部承壓需要確定。相比獨(dú)立工序，順序工序鋼束張拉的空間充裕，利于鋼束的張拉，鋼束錨固位置槽口構(gòu)造簡(jiǎn)單，但由于主梁分段張拉，施工工期會(huì)加長(zhǎng)，同時(shí)，施工縫位置先澆梁段與后澆梁段接觸面須做鑿毛處理，主筋也須焊接連接，施工步驟較多。

圖4 順序工序施工示意圖

多聯(lián)橋采用何種工序應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目的工期、施工單位技術(shù)力量等因素綜合確定，無(wú)論采用哪種工序都要做好張拉槽口、施工縫等位置的詳細(xì)設(shè)計(jì)，明確所采用工序施工時(shí)的注意事項(xiàng)，這樣才能保證上部結(jié)構(gòu)施工的安全、順利進(jìn)行。

3 預(yù)應(yīng)力橫梁與普通鋼筋橫梁的選用

橫梁是箱梁重要的傳力構(gòu)件，通常有預(yù)應(yīng)力構(gòu)件和普通鋼筋構(gòu)件兩種形式。實(shí)際工程中，橫梁采用何種形式是值得探討的問(wèn)題。預(yù)應(yīng)力橫梁與普通鋼筋橫梁適用條件及優(yōu)、缺點(diǎn)見(jiàn)表2。

一般單個(gè)支座橫梁或支座間距>8m的多支座橫梁采用預(yù)應(yīng)力橫梁，<8m的多支座橫梁采用普通鋼筋橫梁。但從耐久性出發(fā)，很多設(shè)計(jì)單位也趨向于橫梁均采用預(yù)應(yīng)力構(gòu)件。橫梁均按預(yù)應(yīng)力橫梁設(shè)計(jì)是否可取，仍有待研究和實(shí)踐確定。在此列舉一個(gè)工程實(shí)例，說(shuō)明采用預(yù)應(yīng)力橫梁存在的一個(gè)問(wèn)題，提醒設(shè)計(jì)人員注意。某現(xiàn)澆連續(xù)梁橋，橫梁按A類預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計(jì)，端橫梁處橫梁鋼束和主梁縱向鋼束布置如圖5所示。在張拉主梁縱向鋼束時(shí)，腹板外側(cè)靠下部一根鋼束發(fā)生了側(cè)崩。分析側(cè)崩原因時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)置橫向鋼束張拉槽口時(shí)，橫梁的骨架鋼筋被截?cái)?，張拉縱向鋼束時(shí)橫向槽口內(nèi)的骨架筋未恢復(fù)，另外，縱向鋼束與橫向槽口邊緣的距離也較近，縱向鋼束張拉時(shí)，在巨大的軸向壓力作用下，錨下混凝土發(fā)生了側(cè)崩。通過(guò)該工程實(shí)例，設(shè)計(jì)人員應(yīng)意識(shí)到在端橫梁外側(cè)腹板位置，由于橫向束槽口與縱向束槽口距離較近，若施工時(shí)橫梁側(cè)面骨架鋼筋未恢復(fù)或做不到等強(qiáng)度恢復(fù)時(shí)，就有可能發(fā)生類似事故。從保證施工安全的角度出發(fā)，在端橫梁位置應(yīng)謹(jǐn)慎采用預(yù)應(yīng)力橫梁，必須采用時(shí)，也應(yīng)做好局部位置的構(gòu)造設(shè)計(jì)，采取相應(yīng)措施(比如橫向束采用扁錨等)確保施工安全。

表2 預(yù)應(yīng)力橫梁與普通鋼筋橫梁對(duì)比表

圖5 某橋預(yù)應(yīng)力橫梁鋼束布置示意圖

4 變寬現(xiàn)澆箱梁腹板布置

在互通式立交橋里，主線橋加減速車道及漸變段、主線與匝道連接部位的橋?qū)捯话闶亲兓模捎谶m應(yīng)變寬的能力較強(qiáng)，現(xiàn)澆等高連續(xù)箱梁是采用得較多的結(jié)構(gòu)形式，此時(shí)，橋梁腹板需根據(jù)橋?qū)挼淖兓侠聿贾?。由于橋?qū)挼淖兓问蕉鄻?，腹板沿橋跨方向的布置形式也靈活多樣。腹板布置一般可分為兩大類，一類為均分橋?qū)?，即沿橋跨方向腹板中心線為橋?qū)挼牡确志€，一聯(lián)內(nèi)箱梁的箱室個(gè)數(shù)相等，適用于橋?qū)捵兓秶淮蟮臉蛄海划?dāng)橋?qū)捵兓秶^大時(shí)，則需通過(guò)增加箱室個(gè)數(shù)來(lái)分割橋?qū)?。圖6為某互通式立交主線橋中一聯(lián)的平面布置圖，該聯(lián)橋起點(diǎn)位置為主線與匝道連接部，橋?qū)挒? 443.3cm，終點(diǎn)為主線與加速車道連接部，橋?qū)? 800cm，加寬方式為橋梁左邊緣單側(cè)加寬，由于起終點(diǎn)橋?qū)捵兓^大，設(shè)計(jì)時(shí)第一、二跨按單箱六室布置腹板，第三、四跨按單箱五室布置，三號(hào)橫梁處腹板由兩根腹板合并為一個(gè)腹板完成箱室個(gè)數(shù)的調(diào)整。實(shí)際工程中，腹板的布置靈活多樣，但應(yīng)把握一些基本原則，腹板布置首先應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)傳力均勻、流暢，其次要考慮施工的便利性，例如箱室的寬度不能太小，要預(yù)留施工空間；另外，要方便預(yù)應(yīng)力束布置，做好腹板分叉位置預(yù)應(yīng)力束局部錨固的構(gòu)造設(shè)計(jì)。

圖6 某互通主線橋腹板布置圖(單位：cm)

5 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合實(shí)際工程，重點(diǎn)討論了等高現(xiàn)澆箱梁設(shè)計(jì)過(guò)程的一些問(wèn)題，包括箱梁一般構(gòu)造取值、多聯(lián)橋施工工序、預(yù)應(yīng)力橫梁與普通鋼筋橫梁的選擇，變寬橋的腹板布置，除了以上探討的內(nèi)容外，等高現(xiàn)澆箱梁的設(shè)計(jì)中仍有一些問(wèn)題值得設(shè)計(jì)人員關(guān)注和研究。例如，小半徑彎橋的設(shè)計(jì)、寬橋多支座的布置、常見(jiàn)病害的設(shè)計(jì)預(yù)防措施等。隨著我國(guó)公路路網(wǎng)和城市化建設(shè)的推薦，等高現(xiàn)澆箱梁這種橋型將被更廣泛采用，應(yīng)該在工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上不斷總結(jié)和研究與其相關(guān)的計(jì)算理論、設(shè)計(jì)方法，使之成為更為安全、經(jīng)濟(jì)、可靠、耐久的橋型。

[1]JTG62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]劉世明，劉永健，耿東升，等.現(xiàn)澆箱梁預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉方式影響分析[J].公路交通科技，2013(3)：83-88.

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[4]汪 飛.現(xiàn)澆箱梁典型施工常見(jiàn)問(wèn)題及解決方法[J].山西建筑，2011(4)：76-77.

Discussions on Equal-height In-situ Continuous Box Girder Bridge Design

YANG Wen-zhi，SHEN Ying，XU Rong

(Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，Nanning，Guangxi，530029)

Combined with practical engineering，this article discussed the common technical issues in the de-sign process of equal-height in-situ continuous box girder bridge，analyzed the merits and demerits as well as the applicable range of each design method，and proposed some design suggestions，thereby providing the design reference for similar projects.

Equal-height in-situ continuous box girder；Design；Construction size；Construction sequence；Cross beam；Bridge webs

U448.21+

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.04.014

1673-4874(2015)04-0049-03

2015-03-06

楊文志，碩士，工程師，主要從事公路橋梁、城市橋梁設(shè)計(jì)工作。