公路预应力混凝土V型墩连续梁桥(75m+120m+75m)设计

公路预应力混凝土V型墩连续梁桥(75m+120m+75m)设计

吴伟宏

摘要：长沙三叉矶湘江大桥共拟定了三个方案：预应力混凝土V型墩连续梁桥、预应力混凝土连续刚构桥、预应力斜拉桥。经过多方面比选，最终选定预应力混凝土V型墩连续梁桥方案。设计的主要内容包括:桥式方案比选；桥跨布置及结构尺寸拟定；施工方法拟定；各种内力的计算及组合，预应力估索；施工过程的模拟计算；预应力钢筋的设计及具体布置；下部结构设计；施工和成桥的应力、变形和强度检算。

关键词：湘江大桥；V型墩；连续梁；预应力；混凝土；箱梁

引言

第四湘江大桥为城市I级主干道。两岸均有防洪大堤，大堤间距为1430m左右。属河流侵蚀地貌。湘江为III级航道，通航水位和设计洪水位分别为H1=35.85m和H0=36.78m，该桥设计为双向六车道，设计活载为公路-I级，按地震基本烈度7度设防。

1桥式方案比选

根据本桥的具体地形和水文等实际情况，综合考虑安全性、适用性、经济性和造型美观等要求，共拟定了三个方案：

方案一：预应力混凝土V型墩连续梁桥;

方案二：预应力混凝土刚构桥;

方案三：预应力斜拉桥。

1.1预应力混凝土V型墩连续梁桥

1.1.1预应力V型墩混凝土连续梁桥优点：

a.V形支撑可以有效减少计算跨度，降低主梁弯矩，进而可以减少一定的梁部工程数量；

b.能充分发挥高强材料的特性,使结构轻型化,以至具有较大的跨越能力；

c.可以有效地避兔处于负弯矩区的桥面板开裂；

d.具有刚度大、行车平稳、养护简便等优点；

1.1.2桥跨布置

本方案由中间主桥部分和两侧简支梁桥部分组成（全桥长1470ｍ）,孔径布置：10×50ｍ+75ｍ+120ｍ+75ｍ+14×50ｍ，主桥部分见图1。

图1V型墩连续梁（单位：cm）

1.1.3中间主桥部分构造

a.采用三跨一联预应力混凝土V型墩连续梁,中跨120ｍ,边跨跨径为主跨的0.5～0.8倍,取0.625,即75ｍ。

b.梁底曲线:以跨中梁底为原点,曲线方程为二次抛物线。

c.梁尺寸拟定:支点处梁高：梁高为L/16～L/25,取L/20,即6m；跨中梁高：梁高为支点处梁高的L/30～L/50,取2.6m；横桥向的尺寸:行车道为六车道,两边各设1.5米的人行道，选用双幅单箱单室截面，主梁截面尺寸见预应力钢索布置图。

d.V字撑构造

V型墩斜腿与水平面的夹角，通常大于40°，一般在44°～60°之间。本设计采用50°，斜腿截面形式为矩形。其构造如图2。

1.2预应力混凝土刚构桥

1.2.1桥跨布置

本方案由中间主桥部分和两侧简支梁部分组成（全桥长1470ｍ）,桥跨布置为：10×50ｍ+80ｍ+80ｍ+2×50ｍ+80ｍ+80ｍ+11×50ｍ。

1.2.2中间主桥部分构造

采用两联四跨一联预应力混凝土连续刚构,主跨为80米,边跨跨径为主跨的0.5～0.8倍,采用0.625,即50米。顺桥向尺寸拟定：支点处梁高:梁高为L/16～L/20,取L/20,即4.0ｍ；跨中及边跨直线段梁高：梁高为L/30～L/50,取2.0m,L/40；横桥向尺寸拟定：六车道,两边各设1.5m的人行道,选用分离式双箱双室截面形式,桥面设2%的双向横坡。

1.3预应力斜拉桥

1.3.1桥跨布置

本方案由中间主桥部分和两侧简支梁部分组成（全桥长1460ｍ）,桥跨布置为：50ｍ+3×40ｍ+50ｍ+55ｍ+200ｍ+480ｍ+200ｍ+55ｍ+5×50ｍ。

1.3.2中间主桥部分构造

采用五跨一联双塔双索面斜拉桥，主跨为480ｍ，边跨比为0.35～0.50,取0.5,即200ｍ。主塔采用“瓶颈”型索塔，塔高自承台顶157.95ｍ，高出桥面126.95ｍ，上、下塔柱采用箱型截面。主梁与塔墩采用悬浮体系，主梁采用边主梁断面，悬臂人行道设于斜索面的外侧。

经过方案比选，最终选定预应力混凝土V形墩连续梁桥作为本桥的设计方案。

2选定方案设计

2.1施工方案拟定

V型墩类桥梁属刚架桥，分为V型墩结构、锚跨结构和合拢段三个施工阶段，其中V型墩结构是全桥的施工重点。本桥V型墩采用墩旁托架施工，梁体采用分段移动式挂篮悬臂现浇施工。为避免出现双悬臂状态，采用先边跨后中跨的合拢顺序。两幅箱梁分开浇注，合拢后，对称铺装桥面。

2.2结构内力分析

2.2.1荷载分析

a.永久荷载包括结构重力、二期恒载（桥面铺装、防撞栏和人行道等）、混凝土收缩及徐变影响、基础变位影响力及预加力等。

b.可变荷载：汽车、挂车和人群荷载；施工荷载、温度力、冲击力及风力。

2.2.2结构内力计算

根据计算及施工等要求，将结构划分成102个节点、101个单元，其中桥面有82个单元，83个节点，v型墩划分为10个单元。通过有线元分析程序计算整桥及V型撑各种荷载效应下的结构内力和变形。

2.3预应力钢束配置

依据钢束布置原则及具体的布置尺寸要求布置钢束，如图3：

图3钢束布置图（单位：cm）

3V型墩连续梁桥与普通连续梁桥比较

3.1V形支撑的存在可以有效减少计算跨度，大大减小主梁弯矩；

3.2V字撑构造也有其负面效应：在梁式桥一般的孔径布置参数内，由于两肢所分担的竖向荷载大小不同、斜撑的剪力及混凝土的收缩徐变、温度变化、预应力力张拉均会产生水平力，导致V形支撑的基础承受的水平力较大，同时V字结构本身受力也很复杂。

参考文献

[1]范立础著.预应力混凝土连续梁桥[M].北京：人民交通出版社，1988.

[2]裘伯永，盛兴旺等著.桥梁工程[M].北京：中国铁道出版社，2001.

[3]雷俊卿著.桥梁悬臂施工与设计[M].北京：人民交通出版社,1999.

[4]姚玲森著.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社出版,1985.