V型墩连续刚构桥设计体会

　　摘要：泰州高港区永安洲工业园古马干河大桥主桥为42+70+42m预应力砼Y型墩连续刚构桥，其外观造型、结构设计均有其独到之处。本文以该桥为例，介绍了V型墩连续刚构桥的设计过程和设计体会，并总结了V型墩梁式桥的主要特点。
　　关键词：V型墩，连续刚构，设计
　　V型支撑桥梁与没有斜撑的同跨径连续梁相比，计算跨径减小，有效降低了梁高，同时使得主梁自重明显减轻，负弯矩峰值大幅度减小，大体只相当于斜撑间梁长的连续弯矩，正弯矩也会有相应的减小。再者由于V墩的作用使得结构线条多样，流畅，在视觉效果上较普通竖墩刚构桥好。近年来，国内外出现了一些预应力混凝土V型支撑桥梁，包括V型支撑连续梁桥和连续刚构桥。V型墩连续刚构与普通竖墩连续刚构桥相比，在同样的跨径下，能达到缩短计算跨径，降低梁高的目的，而且使得结构轻巧美观，因此在城市跨线桥，风景区公路常能见到其身影。
　　目前，我国已建成多座V墩梁式桥梁，V型墩梁式桥根据桥梁结构受力特征可分为：①V型墩连续梁桥。如江苏省灌南县人民桥，主桥跨径布置为：57.5+86+57.5m桥。②V型墩刚构桥。如宁宿徐高速公路盱眙南段维漫路支线上跨，跨径布置为：26+48+26m。
　　1．V墩梁式桥梁的主要特点
　　V型支撑桥梁与竖墩的同跨径连续梁相比，在设计和施工上主要有以下特点：
　　a．采用V型墩的梁式桥，可以显著的缩短计算跨径，降低梁高，缩短桥梁长度，与常规竖直墩的连续梁桥或刚构桥相比，可以有效的减少跨中和支点部位的弯矩峰值，节省上部工程材料数量。
　　b．由于主梁的建筑高度减少，从而降低了桥面标高，使得纵坡平缓，对于城市桥梁来说，便于行人和非机动车辆通行；其次，可以显著的缩短桥梁的长度，降低工程造价。
　　c．V型刚构上部结构轻盈美观，线条流畅。对于跨径较大的桥梁，主梁采用变高度，梁底线随着梁高变化而形成一条连绵优美的曲线，V型墩顶直线作为主梁曲线的停顿，可以形成强烈的节奏感。V型墩造型可以令人明显感觉到荷载自然流畅地通过V型墩斜腿迅速集中传至基础，心理诱力线非常清晰。
　　d．桥梁的整体刚度可以得到大幅度的提高。特别是对于桥墩较高的桥梁，由于V型支撑的存在，极大的加大了支点附近梁的刚度，并相应减小了跨径，使得结构的挠度较小。
　　e．V型墩刚构桥结构较为复杂。在设计中发现，此种结构对温度、收缩徐变及墩台不均匀沉降非常敏感，有时会成为整座桥梁的控制因素。条件允许的话（如桥墩较高），可以在V型墩下面增加一竖直段桥墩，形成Y型刚构，可以减小桥梁纵向的刚度，进而降低上述不利影响。
　　f．V型墩的施工比较麻烦。V墩的施工是此类桥梁的难点之一，综合国内外施工经验，主要的施工方法有：劲性骨架、满堂支架、活动铰承重桁架、粗钢筋对拉等。
　　下面以泰州高港区永安洲工业园古马干河大桥为例，介绍一下V型墩连续刚构桥的设计过程和设计体会：
　　2.总体设计
　　古马干河为Ⅴ级航道，通航净空为45×5m，为满足通航净空和洪评要求，设计主桥采用42+70+42m三跨变截面双箱单室预应力砼Y型墩连续--刚构桥，引桥采用装配式部分预应力砼组合箱梁。为了美观起见，经过反复比较，V型支撑之间的夹角取70°。根据通航净空要求，承台要埋入河床底以下，如果采用V型墩，为了满足通航净空，就要增大跨径；其次在洪水季节桥墩的大半就要被淹没，非常不美观。故经过综合考虑，桥墩采用Y型墩：桥体轻盈美观，其次也减小了桥梁纵向的刚度，降低了温度、收缩徐变、墩台不均匀沉降对桥梁上下部的影响。斜腿厚1.4m，直腿厚2m，宽5.5m（与箱梁底等宽），主桥桥型布置图见图1。

　　道路等级为双向双车道城市道路，荷载等级采用公路-Ⅰ级，横断面布置为0.5+7.5+0.5m，地震动峰加速度值为0.05g。
　　上部箱梁单箱单室变截面预应力混凝土箱梁，箱梁顶面全宽850cm，底宽550cm，悬臂翼缘150cm。箱梁梁高与底板厚按二次抛物线变化，为了满足施工要求，主墩顶的横隔板处均设置有人洞。跨中梁高206.375cm，支点处梁高346.375m。腹板采用直腹板，厚度40cm～60cm。底板厚度25cm～70cm，顶板厚度25cm。全桥仅在边支点和Y腿处设有横隔板，箱梁顶设6cm混凝土调平层，上设沥青混凝土路面。
　　本桥主梁只设纵向预应力束。纵向预应力筋采用Φs15.2高强低松弛预应力钢绞线，在箱梁顶、底板、腹板布设，预应力管道采用预埋金属波纹管成孔。为了方便施工，本桥设计中尽量减少预应力束的类型，最终采用9Φs15.2和12Φs15.2型。特征断面钢束见图2。

　　Y型支撑预应力采用JLΦ32高强精轧螺纹粗钢筋。
　　纵向预应力束锚具采用OVM15-9、OVM15-12型；Y腿锚具采用YGM型锚具，锚具材料为45号钢，垫板材料为Q235钢。
　　上部箱梁和Y墩采用C55砼，承台采用C30砼，灌注桩采用C25砼。
　　全桥节段施工分为0～7号节段、边跨直线段及合拢段。0号节段长度为16m，采用满堂支架现浇施工；1～4号节段长度为3.5m，5～7号节段长度为4m，采用挂篮悬臂施工方案，挂蓝自重为40t；中跨合拢段长度2.0m，采用吊架上浇注；边跨直线段长度为5.92m，采用满堂支架现浇施工，边跨合拢段长度2.0m，采用挂蓝改吊架现浇施工。Y型桥墩墩身为实体墙板式结构，斜腿轴线与墩中心交角35°，斜腿根部厚度1.4m，与粱固接处厚度1.4m，竖直实体段厚度2.5m。基础采用桩接承台基础，承台厚度为2.6m，承台下采用钻孔灌注桩基础，桩径采用1.5m，采用梅花形布置，基桩按摩擦桩设计。
　　3.受力分析
　　采用桥梁结构分析软件“桥梁博士系统V3.02”进行分析和计算。主桥42+70+42m箱梁划分为56个单元，根据施工程序分为20个施工阶段进行计算。根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）条文说明8.2.1条，将下部的群桩基础模拟为一个柱底固结的框架。计算中考虑了各个施工阶段和最终运营阶段的最不利组合，计入了预应力二次矩、体系转换以及收缩徐变（3650天）产生的内力重分布；温度变化按《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)规定采用竖向温度梯度曲线，箱梁表面最高温度T1=14℃，T2=5.5℃，竖向日照反温差采用正温差乘以-0.5。并考虑了整体升降温各20℃，以及支座不均匀沉降1.0cm（过渡墩）、1.5cm（主墩）等影响。主桥按全预应力混凝土结构进行设计。
　　纵向计算结果表明，上部结构在最不利荷载组合下，最大压应力为17.01mpa，最小压应力为0.27mpa；最大主压应力为17.01mpa，最大主拉应力为1.01mpa，均满足规范要求。
　　Y型墩的最大裂缝出现在直墩底部，为0.15mm，满足规范要求。
　　4.施工工艺
　　Y型墩类桥梁属刚架桥，分为Y型墩结构、悬臂浇注结构和合拢段三个施工阶段，要施工工艺如下：
　　（1）基础采用钻孔桩。
　　（2）对称浇注型斜腿混凝土，待混凝土强度达100％，在V型墩斜腿顶部对称张拉临时预应力粗钢筋后，再在支架上浇注0块混凝土，并张拉0块预应力束。
　　（3）待0块混凝土达到设计强度后，采用挂篮依次由墩顶至跨中对称、平衡浇注各梁段，悬浇同时，支架浇注边孔现浇段。
　　（5）拆除悬臂施工挂篮，安装两边合龙挂篮、配重、安装劲性骨架，浇注合龙段混凝土，并同步等量减少配重。张拉边跨底板预应力束，拆除边孔支架。
　　（5）安装中孔合龙挂篮、配重，在梁段端截面形心处，分别向两侧施加计算确定的水平力，安装劲性．骨架，浇注合龙段混凝土，并同步等量减少配重。张拉中跨底板预应力束。
　　5.设计体会
　　此种桥型轻盈美观，线条流畅，且相对斜拉桥、悬索桥等景观性较好的桥梁来说，造价较低。可以预见，在今后的公路城市桥梁建设中，此类桥梁将会被越来越多

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