(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074)

一、概述

西部經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，促進(jìn)了西部地區(qū)橋梁建設(shè)的發(fā)展，而西部的山區(qū)峽谷地形對(duì)橋梁的跨越能力提出了較高的要求。連續(xù)剛構(gòu)橋、斜拉橋、懸索橋等具有較大跨徑的橋型都適用于山區(qū)峽谷地帶，其中高墩大跨徑的連續(xù)剛構(gòu)橋相對(duì)斜拉橋、懸索橋在100-300m跨徑范圍內(nèi)的橋梁建設(shè)更具優(yōu)勢(shì)，因而高墩大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋是設(shè)計(jì)師優(yōu)選推薦的橋梁。

連續(xù)剛構(gòu)橋兼具了T型剛構(gòu)橋和連續(xù)梁橋的特點(diǎn)，因此在目前的大跨度橋梁工程中具有顯著的競(jìng)爭(zhēng)力。隨著時(shí)間的流逝，大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋暴露出了撓曲和開(kāi)裂的問(wèn)題?？崭箘倶?gòu)橋是將箱梁根部的腹板進(jìn)行挖空形成空腹剛構(gòu)結(jié)構(gòu)，通過(guò)輕型化上部結(jié)構(gòu)的方式來(lái)解決跨中下?lián)虾偷装彘_(kāi)裂的難題。

二、空腹剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

(一)空腹剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)形式概述

空腹剛構(gòu)橋是結(jié)合西部地區(qū)特殊需要，在普通連續(xù)剛構(gòu)基礎(chǔ)上挖空箱梁根部腹板，形成的輕型化混凝土橋梁結(jié)構(gòu)形式，其理念在于充分發(fā)揮梁、拱結(jié)構(gòu)及其結(jié)合一體的效應(yīng)，將傳統(tǒng)剛構(gòu)橋主要受彎受力狀態(tài)轉(zhuǎn)化為彎壓為主的結(jié)構(gòu)，以充分發(fā)揮預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的作用，降低結(jié)構(gòu)自重，提高跨越能力。它利用空腹部分下弦承擔(dān)壓力，梁體(相當(dāng)于上承式系桿拱系梁)抵抗下弦產(chǎn)生的推力，不但克服了傳統(tǒng)拱橋巨大的拱端推力，還能改善了連續(xù)梁橋較大的彎矩和剪力的受力狀況，最大限度地發(fā)揮了混凝土拱橋和預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋各自的特點(diǎn)。同時(shí)，相對(duì)于常規(guī)剛構(gòu)，空腹剛構(gòu)可較大程度減小橋梁構(gòu)件斷面尺寸，從而使得結(jié)構(gòu)受力更明確，混凝土收縮徐變導(dǎo)致的后期變形以及結(jié)構(gòu)裂縫更可控，結(jié)構(gòu)更輕盈，結(jié)構(gòu)剛度更大。

(二)空腹剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重難點(diǎn)

空腹剛構(gòu)橋的設(shè)計(jì)區(qū)別于普通預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的地方即為特殊的三角區(qū)構(gòu)型，所以空腹剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)、難點(diǎn)都集中在其復(fù)雜受力的三角區(qū)部分。

1.空腹剛構(gòu)橋三角區(qū)梁拱結(jié)合段?？崭箘倶?gòu)橋主要特點(diǎn)是將根部附近腹板挖去，降低結(jié)構(gòu)自重，結(jié)構(gòu)承載效率提高的同時(shí)，對(duì)上弦梁結(jié)構(gòu)的受力性能產(chǎn)生了巨大的考驗(yàn)?？崭箘倶?gòu)橋三角區(qū)梁拱結(jié)合段為空間受力復(fù)雜構(gòu)件，主梁高度在此突變，橫豎縱三向預(yù)應(yīng)力在此交錯(cuò)，角隅位置往往會(huì)成為不利位置，受力特性不是很明確，影響結(jié)構(gòu)受力性能因素較多。

2.空腹剛構(gòu)橋三角區(qū)0#塊。目前大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋0#塊腹板處經(jīng)常出現(xiàn)斜向裂縫，0#塊位置受力復(fù)雜，空腹剛構(gòu)橋0#塊構(gòu)造與普通剛構(gòu)橋構(gòu)造相近，截面高度較常規(guī)剛構(gòu)橋減少很多，0#塊附近頂面的抗裂性能富裕度不大，0#塊腹板處可能出現(xiàn)斜向裂縫，0#塊位置受力復(fù)雜，一般空腹剛構(gòu)橋箱梁截面屬于寬箱梁范疇，剪力滯效應(yīng)明顯，同樣，0#塊附近橫豎縱三向預(yù)應(yīng)力在此交錯(cuò)，受力復(fù)雜，隔板與角隅出為不良應(yīng)力出現(xiàn)的主要位置。

3.空腹剛構(gòu)橋三角區(qū)施工。三角區(qū)的施工是影響空腹連續(xù)剛構(gòu)橋受力的一項(xiàng)重要指標(biāo)，只有合理的三角區(qū)形成方式才能對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程以及成橋狀態(tài)下的受力產(chǎn)生一個(gè)積極的影響。由于空腹連續(xù)剛構(gòu)橋是近些年才出現(xiàn)的新型橋梁，所以現(xiàn)有的空腹連續(xù)剛構(gòu)橋三角區(qū)的施工方法比較少，正處于發(fā)展階段。

三、空腹剛構(gòu)橋梁拱結(jié)合段構(gòu)造設(shè)計(jì)

梁拱結(jié)合段是大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土空腹連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部位，其構(gòu)造設(shè)計(jì)對(duì)該部位受力性能有很大的影響，對(duì)保證全橋承載能力和跨越能力至關(guān)重要?？崭箘倶?gòu)橋的空腹區(qū)受力兼具拱和連續(xù)梁兩者的特點(diǎn)，而這兩者在梁拱結(jié)合段這一匯合點(diǎn)相互交匯，復(fù)雜的受力，巨大的承載力為該處的設(shè)計(jì)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。空腹剛構(gòu)橋梁拱結(jié)合段的匯合處是通過(guò)具有一定拋物線線型的斜腿與主梁想交匯形成的一個(gè)箱型斷面，如果按一般的考慮，將兩者僵硬的匯聚在一起，那么拱形斜腿和連續(xù)主梁所傳遞的巨大軸力直接作用于一處，導(dǎo)致匯合處的內(nèi)力驟然增大而難以控制，不易保證結(jié)構(gòu)安全。故而在進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量保證該處斜腿和主梁之間在傳力上能平順連接、自然過(guò)渡。因此，針對(duì)梁拱結(jié)合段的匯合方式，提出了三種構(gòu)造設(shè)計(jì)。

(一)A型板式構(gòu)造

A型板式構(gòu)造，是將上弦梁底板在由薄變厚的同時(shí)進(jìn)行一定程度的延伸從而順利與下弦延長(zhǎng)的頂板交匯在一起，并共同形成A字結(jié)構(gòu)的一種梁拱結(jié)合段構(gòu)造方式。該構(gòu)造在上弦底板和下弦頂板交匯后，并沒(méi)有停止，而是以一種流暢的線型繼續(xù)延伸，給兩種力的傳遞和相互作用提供足夠的空間，保證結(jié)構(gòu)的安全。另外，此構(gòu)造設(shè)計(jì)處同時(shí)存在兩個(gè)箱室和一個(gè)箱室的交匯，為了加強(qiáng)截面的橫向剛度、限制畸變，故在構(gòu)造附近設(shè)置一橫隔板。

這種構(gòu)造方式通過(guò)讓上下弦交匯形成A字型的板式結(jié)構(gòu)，保證了融合區(qū)域處主梁與拱結(jié)構(gòu)之間的傳力平順連接、自然過(guò)渡；又通過(guò)橫隔板的設(shè)置加強(qiáng)了截面的剛度、限制畸變。

(二)A型隔構(gòu)式構(gòu)造

A型隔構(gòu)式構(gòu)造，將上弦底板和下弦頂板都進(jìn)行延伸，同時(shí)對(duì)頂?shù)装宥贾饾u加厚處理，保證兩者交匯成流暢的線型，保證傳力的平順，形成同A型板式構(gòu)造類似的板式結(jié)構(gòu)匯合段。但考慮橫隔板的傳力特性，將融合段的板式結(jié)構(gòu)與橫隔板相交匯結(jié)合，形成互相影響的隔構(gòu)式構(gòu)造。通過(guò)上弦底板和下弦頂板的交匯及順延，保證主梁和斜腿的力線平順過(guò)渡，避免在匯合處出現(xiàn)超常的應(yīng)力突變、應(yīng)力過(guò)大的情況；相交的橫隔板和中板形成剛性匯合段，利用橫隔板傳遞中板的力。

A型隔構(gòu)式構(gòu)造與A型板式構(gòu)造存在一定的相似之處，兩者都采用的是A型板式結(jié)構(gòu)形成上下弦的融合區(qū)域，但后者的橫隔板與融合段相隔了一定的距離，前者的橫隔板與融合段產(chǎn)生了交匯。

(三)X型挑板式構(gòu)造

X型挑板式構(gòu)造，是將上弦梁底板和下弦梁頂板都進(jìn)行延伸，在兩者交匯后一定長(zhǎng)度后，又分離成交匯前線型延續(xù)的X型結(jié)構(gòu)，分離后形成的挑板式結(jié)構(gòu)利用線型的延續(xù)保證傳力的效果。X型的構(gòu)造形成了多個(gè)箱室，通過(guò)橫隔板的設(shè)置，既達(dá)到了分隔箱室的作用，又能有效加強(qiáng)截面剛度、限制畸變。

該構(gòu)造在形成匯合段后不同與前兩種構(gòu)造方式的線型順延方法，而是對(duì)匯合前的斜腿線型和主梁線型進(jìn)行延伸，形成兩者交叉的X型挑板，通過(guò)將斜腿和主梁線型順延交匯后形成挑板，使得交匯處傳力能平順連接、自然過(guò)渡。

(四)對(duì)比分析

通過(guò)有限元建模計(jì)算所得結(jié)果，對(duì)三種構(gòu)造方式進(jìn)行對(duì)比分析。A型板式構(gòu)造通過(guò)板式構(gòu)造和橫隔板的受力，有效達(dá)到了保證主梁和斜腿傳力順暢、自然的目的，結(jié)構(gòu)受力合理；A型隔構(gòu)式構(gòu)造通過(guò)板式結(jié)構(gòu)和橫隔板結(jié)合的形式雖然利用橫隔板有效分擔(dān)了板式結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，但兩者間相互影響，不利于橫隔板受力，故A型板式構(gòu)造較優(yōu)；X型挑板式構(gòu)造分析所得受力結(jié)果相對(duì)于A型板式構(gòu)造較大，且實(shí)際施工時(shí)，較多的箱室也會(huì)帶來(lái)更多的不確定因素。因此，綜合分析可知，A型板式構(gòu)造為較優(yōu)的構(gòu)造方式。

四、總結(jié)

本文根據(jù)空腹剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析得出空腹剛構(gòu)橋三角區(qū)梁拱結(jié)合段、空腹剛構(gòu)橋三角區(qū)0#塊、空腹剛構(gòu)橋三角區(qū)施工方法這幾處重難點(diǎn)。其中，梁拱結(jié)合段這一重點(diǎn)展開(kāi)研究，提出三種構(gòu)造方式，通過(guò)有限元建模分析對(duì)比三種構(gòu)造方式，得到最優(yōu)構(gòu)造方式為A型板式構(gòu)造。