V墩連續(xù)剛構(gòu)梁橋的設(shè)計與施工難點探析

陳為高

(湖南省公路設(shè)計有限公司重慶分公司，重慶 400060)

V墩連續(xù)剛構(gòu)梁橋的設(shè)計與施工難點探析

陳為高

(湖南省公路設(shè)計有限公司重慶分公司，重慶 400060)

總結(jié)了V墩連續(xù)剛構(gòu)梁橋的結(jié)構(gòu)特點，總結(jié)了其結(jié)構(gòu)優(yōu)勢和存在難點。分析了V墩連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計要點和關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)的取用原則，同時探討了V墩剛構(gòu)橋施工中的V型墩施工和合攏施工兩個關(guān)鍵難題，給出了相關(guān)施工與監(jiān)控建議。

V墩；連續(xù)剛構(gòu)橋；合攏；設(shè)計要點；施工難點

1 前 言

V墩連續(xù)剛構(gòu)橋在我國近年受到設(shè)計者的廣泛青睞，有諸多型式優(yōu)美、構(gòu)造輕盈的V型連續(xù)剛構(gòu)橋梁建設(shè)于城市及山區(qū)環(huán)境中。連續(xù)剛構(gòu)橋在繼承連續(xù)梁橋上部結(jié)構(gòu)受力特點的基礎(chǔ)下，通過墩梁固結(jié)的方式，利用墩柱結(jié)構(gòu)釋放墩頂負(fù)彎矩，從而利用墩柱的柔性實現(xiàn)更好的受力，因此連續(xù)剛構(gòu)橋梁具有比連續(xù)梁橋更大的跨越優(yōu)勢。V型墩連續(xù)剛構(gòu)橋梁則進(jìn)一步減少了主跨跨徑，同時消弱墩頂負(fù)彎矩峰值，一定程度上，具有受力合理、構(gòu)造輕盈、外形美觀等優(yōu)勢，因此得到大量應(yīng)用。

V墩連續(xù)剛構(gòu)橋相比于薄壁墩連續(xù)剛構(gòu)橋具有可比性的經(jīng)濟(jì)造價，且能夠降低墩柱內(nèi)力的分配。隨著我國橋梁建設(shè)的大發(fā)展，各種不同的橋梁型式都在嘗試設(shè)計應(yīng)用，隨著景觀設(shè)計越來越受到重視，V墩連續(xù)剛構(gòu)橋梁將會得到更加廣闊的發(fā)展。論文詳細(xì)介紹V墩連續(xù)剛構(gòu)橋梁的結(jié)構(gòu)特點，從而總結(jié)其設(shè)計要點和施工難點，并提出相關(guān)應(yīng)對措施和解決方法，以期推進(jìn)V墩連續(xù)剛構(gòu)橋在我國的設(shè)計應(yīng)用。

2 V墩連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)特點

(1) V型墩縮短了橋梁主跨，降低主跨正彎矩，從而降低主梁梁高，節(jié)省材料。與豎直墩的連續(xù)剛構(gòu)橋或者連續(xù)梁橋相比，有效減弱了主梁中墩頂部區(qū)段的負(fù)彎矩峰值，同時降低了墩柱的彎矩受力。墩柱的受力以承受軸向壓力為最優(yōu)，V型墩則通過將彎矩最大程度轉(zhuǎn)換為軸力，改善了墩柱受力性能。

(2) V墩連續(xù)剛構(gòu)主梁高度的降低，可以有效降低橋面標(biāo)高，從而有利于橋頭引道縱坡緩和，有利于城市道路非機動車輛及行人的使用，同時較低的結(jié)構(gòu)建筑高度也可以非常有效地減少橋頭引道的工程規(guī)模。

(3) 從結(jié)構(gòu)景觀上，V墩型式結(jié)構(gòu)輕盈，線條優(yōu)美，橋型剛勁有力又不失柔美，對于景觀要求高的城市橋梁選型提供了一個較好的比選橋型方案。

(4) V型墩連續(xù)剛構(gòu)橋適合分段預(yù)制吊裝，也適合掛籃懸臂施工，可選的施工方法較多，且由于其本身的墩梁固結(jié)特點，在懸臂掛籃施工中不需進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換，簡化施工工藝，使得結(jié)構(gòu)受力更加明確，施工簡便。

3 V墩連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計要點分析

3.1 設(shè)計要點

V型墩連續(xù)剛構(gòu)橋主梁一般采用變高箱梁截面型式，對于跨徑較小的V墩連續(xù)剛構(gòu)，可以采用等截面主梁。此時一般將主跨段和V墩段采取分開預(yù)制，現(xiàn)場吊裝安裝后再將主梁結(jié)構(gòu)在V墩節(jié)點處進(jìn)行連接，這種結(jié)構(gòu)型式雖然外形是V墩剛構(gòu)橋，但結(jié)構(gòu)受力是連續(xù)梁橋的模式，因此并不是真正意義上的V墩連續(xù)剛構(gòu)橋。

因此，對于跨徑較大的V型墩連續(xù)剛構(gòu)橋基本采用懸臂澆筑施工工藝，主梁采用變截面型式以適應(yīng)更大的跨越要求。主梁一般采用整體箱梁結(jié)構(gòu)型式，配合縱向、橫向、豎向的三向預(yù)應(yīng)力形成主梁結(jié)構(gòu)體系。由于主要采用懸臂澆筑施工工藝，縱向預(yù)應(yīng)力的配置應(yīng)結(jié)合懸臂澆筑工藝進(jìn)行設(shè)計，包含縱向懸臂鋼束、腹板下彎束和合攏鋼束。此外，V型剛構(gòu)橋需要配置一定數(shù)量的橫隔板，特別是在V型墩與主梁連接處，該處的構(gòu)造及局部受力較為復(fù)雜，需要根據(jù)力流傳遞進(jìn)行構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計，以保證主梁與墩柱之間剛度過渡的順暢性，又使得主梁的彎矩能夠最大程度轉(zhuǎn)化為墩柱的軸向受力。

3.2 關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)

V墩剛構(gòu)橋的主要設(shè)計參數(shù)是V墩傾角和墩身尺寸，其中V墩傾角直接影響上部結(jié)構(gòu)的邊中跨比，而墩身尺寸則決定墩柱與主梁的剛度比，控制墩梁的受力性能。

V墩傾角一般指V型墩與豎直線的夾角，顯然，較小的V墩傾角則使得V墩之間過渡段太短，一方面不能發(fā)揮V墩釋放中支撐負(fù)彎矩的效應(yīng)，另一方面梁體的主跨跨徑并沒有得到有效降低，其適用范圍有限。較大的V墩傾角，則使得V墩本身受力較難滿足要求，同時V墩之間的主梁跨越長度較大，需要針對性的配置預(yù)應(yīng)力鋼束，從而使得剛構(gòu)體系變得復(fù)雜。實際上，V墩的傾角應(yīng)該結(jié)合橋梁的跨徑長度進(jìn)行設(shè)計，使得V型剛構(gòu)具有適宜的邊中跨比，同時，應(yīng)盡可能保證V墩下行節(jié)點直接作用在承臺基礎(chǔ)上。近年來，有部分Y墩剛構(gòu)橋的設(shè)計應(yīng)用，應(yīng)該注意到，這種Y型墩柱的受力相對V型墩更復(fù)雜，特別是在Y型三叉節(jié)點位置，往往成為整個結(jié)構(gòu)的薄弱點。如果三個分支沒有達(dá)到設(shè)計的理想軸力狀態(tài)，附加彎矩的作用很容易使得該節(jié)點產(chǎn)生開裂和破壞，因此，應(yīng)盡量將V墩下節(jié)點直接作用在承臺基礎(chǔ)上，簡化墩柱受力。

V墩尺寸直接決定了墩身與主梁的剛度比，墩梁剛度比在連續(xù)剛構(gòu)橋中對于結(jié)構(gòu)整體受力具有很大的影響。一般情況，在滿足墩身受力的情況下，墩柱越柔，對上部結(jié)構(gòu)的彈性支撐效應(yīng)越好，相應(yīng)的次內(nèi)力也越小，結(jié)構(gòu)受力更加合理。如果墩柱剛度很大，則根據(jù)荷載效應(yīng)的剛度分配原則，墩柱所承受的彎矩也越大，這與墩柱以承擔(dān)軸向力為主的理念不符，因此容易出現(xiàn)長期耐久性甚至安全性問題。設(shè)計中，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)跨度和主梁剛度等參數(shù)多次試算對比，優(yōu)化V型墩的尺寸。

4 V墩連續(xù)剛構(gòu)橋施工要點分析

V墩連續(xù)剛構(gòu)橋基本采用連續(xù)剛構(gòu)橋的掛籃懸臂施工工藝，因其施工狀態(tài)就是最終的結(jié)構(gòu)成型狀態(tài)，因此不存在多次的結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)化問題，故V型剛構(gòu)橋施工的難點與常規(guī)的連續(xù)剛構(gòu)橋一樣主要是邊、中跨合攏問題，特別是大跨度橋梁，由于V墩剛構(gòu)主梁對V墩位移的敏感性，使得其合攏控制更加困難。此外，V墩本身的施工也是關(guān)鍵點之一。

4.1 V墩施工要點

V型墩大都采用現(xiàn)場支架澆筑施工，但由于V墩的構(gòu)造特點，其現(xiàn)場施工的支架體系也有所不同，表1給出了目前多座已建V墩剛構(gòu)橋梁的V型墩施工方法，可見V型墩尺寸(跨徑)不同，所用施工方法不一。中小跨徑可以采用預(yù)制拼裝施工，較大跨徑需要采用勁性骨架和斜拉支架提供模板支撐平臺，具體施工方法需要根據(jù)施工處橋址環(huán)境特點、V墩尺寸、施工難易度比選確定。見表1。

表1 已建V墩連續(xù)剛構(gòu)橋的V墩施工工藝

4.2 合攏施工

合攏施工是連續(xù)剛構(gòu)橋的關(guān)鍵施工難點，涉及到合攏順序、合攏時機和合攏跟蹤監(jiān)測三個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

首先，應(yīng)該確定合理的合攏順序，具體的合攏方式根據(jù)結(jié)構(gòu)受力和結(jié)構(gòu)狀態(tài)取定，在常規(guī)的施工組織下，往往先合攏邊跨，將雙懸臂體系首先轉(zhuǎn)換為單懸臂體系，降低結(jié)構(gòu)的機動性和不確定性；之后再合攏中跨，將兩個單懸臂體系轉(zhuǎn)化成連續(xù)剛構(gòu)體系，完成全橋體系轉(zhuǎn)換；

其次，合攏時機的選擇?？紤]V型剛構(gòu)橋?qū)儆诙啻纬o定結(jié)構(gòu)，合攏時外界溫度、日照溫度以及澆筑初期混凝土收縮徐變等因素對V墩剛構(gòu)橋的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)影響很大，合攏施工時機選擇應(yīng)控制在一天中環(huán)境氣溫最低，且溫度變化幅度較小的時段進(jìn)行。同時，大跨徑V墩剛構(gòu)還受風(fēng)荷載影響較大，因此也應(yīng)該在風(fēng)荷載較小的天氣進(jìn)行合攏施工；

最后，合攏過程的施工監(jiān)控。由于合攏質(zhì)量直接影響橋梁的成橋狀態(tài)，因此需要對每一個合攏步驟進(jìn)行控制，確保在施工可控范圍內(nèi)。另外，相當(dāng)部分大跨徑V墩剛構(gòu)橋梁中跨合攏時，需要配合千斤頂?shù)仍O(shè)施對合攏段兩側(cè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行頂推以調(diào)整墩梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力，施工過程中除嚴(yán)格按照設(shè)計頂推力施工外，頂推過程中頂推力的作用點、加載速度以及合攏位置主梁撓度的監(jiān)測控制等，都需要進(jìn)行精確控制，以使橋梁達(dá)到合攏預(yù)定狀態(tài)。

5 結(jié) 論

V墩連續(xù)剛構(gòu)橋具有結(jié)構(gòu)輕盈、受力合理、外形優(yōu)美等優(yōu)勢，在景觀要求較高的橋梁建設(shè)中愈加受到青睞。論文分析了V墩連續(xù)剛構(gòu)橋的結(jié)構(gòu)特點，總結(jié)了其設(shè)計要點和施工難點，以期推廣V墩連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計應(yīng)用。

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U442

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1008-3383(2017)09-0119-02

2017-03-11

陳為高(1981-)，男，安徽安慶人，路橋工程師，主要從事路橋設(shè)計工作。