預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施

張新華

河南省交通科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，河南鄭州 450000

摘 要 通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的研究，可全面提升橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量，為具體施工操作提供科學(xué)依據(jù)。本文主要以具體工程案例為切入點(diǎn)，從多個(gè)方面對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施及效果進(jìn)行了分析和研究，為橋梁工程建設(shè)提供積極的理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞 連續(xù)箱梁；橋梁結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；措施

中圖分類(lèi)號(hào) U4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）13-0089-01

預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁是橋梁建筑施工中較為常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，承載能力強(qiáng)，在后期投入運(yùn)營(yíng)之后產(chǎn)生的變形量小，同時(shí)具有較強(qiáng)抗震能力。設(shè)計(jì)因素對(duì)于橋梁施工質(zhì)量以及穩(wěn)定性有著重要的影響，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要綜合考慮多方面的條件，既要保證橋梁具有良好承載能力，也要避免出現(xiàn)材料浪費(fèi)的現(xiàn)象，合理控制工程造價(jià)。因此，需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中引入優(yōu)化方法，提高橋梁設(shè)計(jì)的科學(xué)性，使橋梁施工質(zhì)量滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。

1 橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中常量的選定

1.1 橋型布置

在連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于受到其自身特點(diǎn)的影響，結(jié)構(gòu)受力的合理性主要受到邊跨與中跨比例的影響，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際情況，合理的控制二者之間的比例。若比例數(shù)值過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致邊跨縱向剛度與縱跨無(wú)法適應(yīng)，導(dǎo)致邊跨剛度過(guò)低，在邊跨部位產(chǎn)生一定的外力作用。若比例過(guò)小，中跨結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)跨中彎矩過(guò)大的現(xiàn)象，存在相應(yīng)的負(fù)反力，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成影響。

其次是關(guān)于橋型中橫斷面的布置，橋梁的寬度、跨徑以及施工方法等多種因素都會(huì)影響截面形式的選擇。綜合考慮多方面因素選擇合理的截面形式，不僅能夠使截面的受力能力得到改善，還能節(jié)約施工材料，將橋梁的自重控制在合理的范圍內(nèi)。

1.2 箱型截面細(xì)部尺寸構(gòu)造

首先是腹板厚度的擬定，在確定腹板厚度時(shí)需要考慮到橋梁受力要求，且保證其最小厚度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。一般情況下，中等以上跨徑結(jié)構(gòu)中腹板的厚度約為35cm～60cm。對(duì)于底板厚度擬定則要考慮負(fù)彎矩的影響因素，負(fù)彎矩不斷增大，底板的厚度也會(huì)逐漸增加，其厚度一般在20cm～25cm左右，確保能夠滿(mǎn)足正負(fù)彎矩的變化。頂板厚度設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮鋼筋縱橫配置的需求，保證頂板能夠承擔(dān)鋼筋配置的壓力，避免出現(xiàn)頂板厚度過(guò)小的情況。最后是關(guān)于橫隔梁的配置，增加截面的橫向剛度是橫隔梁配置的主要目的，能夠有效的防止畸變應(yīng)力出現(xiàn)。但是由于箱梁截面抗扭剛度比較大，應(yīng)盡量減少中間橫隔板的配置，而將橫隔梁設(shè)置在支座的部位，使得支座附近的主拉應(yīng)力得到有效的降低。

1.3 預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁鋼束配置

在進(jìn)行鋼束配置設(shè)計(jì)時(shí)，除了滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范之外，還需要根據(jù)橋梁跨徑確定相應(yīng)的錨具形式以及預(yù)應(yīng)力鋼束形式，若所選擇的形式與與實(shí)際情況不匹配，就可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)尺寸過(guò)大現(xiàn)象的產(chǎn)生。因此，在進(jìn)行鋼束配置時(shí)應(yīng)遵循以下原則，首先應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，考慮連續(xù)跨徑橋梁結(jié)構(gòu)的原理，保證配置方案的科學(xué)性。為了防止在結(jié)構(gòu)中布設(shè)的錨具過(guò)多而影響橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，不能隨意切斷預(yù)應(yīng)力鋼束。盡量避免反向曲率連續(xù)束的多次應(yīng)用，否則會(huì)導(dǎo)致摩擦損失過(guò)大。

2 預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及優(yōu)化措施

本文從具體案例為切入點(diǎn)，對(duì)連續(xù)箱梁橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施進(jìn)行分析與探討。某橋梁主橋結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力砼變截面連續(xù)箱梁，所選用的布跨方式為邊跨反對(duì)稱(chēng)，其中左幅橋的跨徑（108+166+95）m，右幅橋（95+166+108）m，主橋的橋面寬度設(shè)計(jì)為33m，具體如圖1所示。上部截面為2個(gè)獨(dú)立的箱梁結(jié)構(gòu)，其中心間距為17.5m。在該項(xiàng)工程中橋梁跨徑相對(duì)較大，為了保證整體的穩(wěn)定性，將各項(xiàng)應(yīng)力控制在條件允許的范圍之內(nèi)，對(duì)箱梁截面尺寸、頂板及底板厚度等各方面的擬定進(jìn)行對(duì)比分析，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的試算使橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)得到優(yōu)化。

2.1 箱梁截面尺寸

箱梁截面尺寸的設(shè)計(jì)是影響連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的一個(gè)重要因素。在該項(xiàng)工程中邊跨與中跨的箱梁高度都為3.8m，支點(diǎn)梁高處設(shè)計(jì)9.0m、9.5m以及10m高度，通過(guò)分析其對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，采用二次拋物線(xiàn)為梁底曲線(xiàn)。比較結(jié)果如表1所示。

由表1中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果可知，支點(diǎn)梁高所選擇的數(shù)值越大，橋梁結(jié)構(gòu)的最大壓應(yīng)力在不斷的降低。但是結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)的規(guī)范，在支點(diǎn)梁高為9m時(shí)，最大壓應(yīng)力的數(shù)值不符合要求，因此這種方案不適合應(yīng)用在橋梁施工之中。從9.5m變化至10m之后，雖然最大壓應(yīng)力值變化不大，但是，其中所需要的施工材料較多，這樣不僅增加后期施工工程量，也不符合經(jīng)濟(jì)性的要求。因此綜合本工程的實(shí)際情況，將支點(diǎn)梁高設(shè)計(jì)為9.5m。

2.2 腹板厚度擬定

結(jié)構(gòu)中由于彎曲剪應(yīng)力等相關(guān)因素所造成的主拉應(yīng)力主要由腹板承擔(dān)，因此剪切極限強(qiáng)度是影響腹板厚度的重要因素。因腹板錨固預(yù)應(yīng)力鋼束，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的錨下局部應(yīng)力，腹板的厚度也應(yīng)滿(mǎn)足這一要求。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)三種厚度的腹板，分析其所產(chǎn)生的應(yīng)力值來(lái)確定最佳腹板厚度，具體如表2所示。

通過(guò)對(duì)表中數(shù)據(jù)的分析，在第三種方案中所產(chǎn)生的拉應(yīng)力不符合規(guī)范要求，應(yīng)將其排除在外。在考慮工程實(shí)際特點(diǎn)以及腹板所需承擔(dān)的抗剪極限強(qiáng)度后，本工程可采用第二種方案，確保腹板厚度能夠滿(mǎn)足預(yù)應(yīng)力鋼束錨固要求。

2.3 頂板與底板厚度擬定

在連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)中，頂板與底板承擔(dān)了大部分的正負(fù)彎矩，這是影響板體設(shè)計(jì)厚度的重要因素，其中梁腹板設(shè)計(jì)的集中活載與橫向彎矩力要求存在著緊密的聯(lián)系。而在該項(xiàng)橋梁工程設(shè)計(jì)中，考慮到頂板部位的預(yù)應(yīng)力鋼束配置情況，將頂板的厚度設(shè)計(jì)為28cm，既能保證板體的承載能力，也滿(mǎn)足了掛籃施工時(shí)鋼束線(xiàn)形的要求。由于在中區(qū)段部位連續(xù)梁跨承擔(dān)了大部分的正彎矩，所以要求在底板位置布設(shè)預(yù)應(yīng)力束筋。在應(yīng)用懸臂施工方法時(shí)，作用在梁下緣部位的壓應(yīng)力比較大，必須保證底板有足夠的承壓面積來(lái)承擔(dān)此部分的壓應(yīng)力。同時(shí)底板還要承擔(dān)相應(yīng)的施工荷載，所以底板的厚度根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)為28cm，通過(guò)對(duì)二次拋物線(xiàn)規(guī)律的分析，板體的厚度應(yīng)向底部橫截面逐漸遞加，通過(guò)計(jì)算根部厚度為110cm。

2.4 T構(gòu)懸臂梁段布置

為了保證懸臂結(jié)構(gòu)梗托空間被充分的利用，使得鋼束配置更加合理，在設(shè)置T構(gòu)懸臂梁段式主要從以下兩個(gè)方面考慮：首先，通過(guò)更改所選用鋼束型號(hào)能夠有效減少在同一橫截面部位的鋼束數(shù)，從而提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。其次，梁段長(zhǎng)度是影響T構(gòu)懸臂段布置的一個(gè)重要的因素，因此通過(guò)增加梁段長(zhǎng)度的措施，能夠控制掛籃施工中對(duì)頂板部位的影響?？紤]到本次施工中主橋跨徑相對(duì)較大，箱梁截面空間比較有限。

3 結(jié)論

綜上所述，在橋梁工程建設(shè)施工過(guò)程中，連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在橋梁施工中得到了廣泛的應(yīng)用，其不僅施工操作簡(jiǎn)便，具有良好結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及較強(qiáng)承載能力。通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中各種常量的分析，來(lái)選取最優(yōu)參數(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在確保連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的同時(shí)，應(yīng)減少在設(shè)計(jì)方案中存在的不足之處，確保各項(xiàng)參數(shù)合理、有效，從根本上提高橋梁施工的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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