高墩大跨度预应力混凝土连续刚构桥抗震设计探索

曾宗平，王曼君

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司)

1 工程概况及计算模型

1.1 工程概况

某一高墩大跨度预应力混凝土大桥在初步设计阶段，上部结构选用140 +250 +140 连续刚构桥，中孔250 m 跨越主沟，如图1 所示，技术指标见表1。在墩顶0#块薄壁箱型墩薄壁对饮位置需要设置两个厚度为2.5 m 的横隔板，至于梁高，需要参照于室箱梁中心线，主梁应该利用单箱单式箱形截面，箱梁必须要按照三向预应力进行设计，桥段根部中心的梁高是14.0 m，高跨比为1/17.8，跨中中心梁高为5.0 m，高跨比为1/50，箱梁顶板宽10.0 m，底板宽5.0 m，翼缘板悬臂长2.5 m，0#块以外箱梁高度由14.0～5.0 m 按1.8 次抛物线变化。箱梁底板厚度从跨中向支点由0.32～1.3 m 按二次抛物线变化;箱梁顶板厚度正常段为0.28 m，桥墩支点附近由0.28～0.45 m 线性变化;腹板厚分为40 cm、70 cm和100 cm 三种，腹板厚度变化均在同一个梁段内完成，并按线性变化。

表1 技术指标

1.2 计算模型

利用了ANSYS 软件，建立了刚构桥的有限元模型，建模过程中还指梁段的施工阶段的划分，产生共计295 全桥节点和294 个单位。梁C50，弹性模量E=3 145 ×104MPa 的混凝土强度等级，采用C40混凝土桥墩，弹性模量E=3 125 ×104MPa。

2 高墩大跨度预应力混凝土连续刚构桥上部结构抗震设计

2.1 施工材料的设计与选择

上部和下部结构之间的支座可以设计得只允许上部结构转动，或也可以允许在一个或几个方向平动。采用支座的最大优点是上部结构不受到通过墩柱传来的地震运动。正因为这样，对于抗弯连接的上部结构截面形式可以选择的做法就不合适了。本工程预应力锚具采用VLM15 (或HVM15)系列，其技术条件必须符合JT/T329－1997 的规定。配套千斤顶采用YDC(或YDCN)系列。预应力管道采用预埋金属波纹管。桥面防水采用HM1500 无机材料防水层。桥面铺装层采用9 cm 厚沥青混凝土。混凝土材料采用梁部采用30、29.588、30.036 预应力简支箱梁，50 m 预应力简支T 梁采用50 号混凝土。现浇层采用预应力简支箱梁、T 梁现浇层及湿接缝、桥面连续采用40#钢纤维防水混凝土。水泥采用硅酸盐水泥或普通水泥以及矿渣水泥。公称面积140 mm2，预应力束由3～12 根15.24 钢绞线组成。钢筋采用I、II 级钢筋，其技术条件必须符合规定。钢板采用低碳钢(Q235 钢)，其技术条件必须符合规定。

2.2 抗震设计分析

(1)主梁横断面

混凝土主梁采用C40，人行道、桥面铺装、栏杆C25。钢筋采用直径≥12 mm 采用HRB335 级钢筋。直径＜12 mm 采用HPB235 级热轧光面钢筋简支箱梁主梁间距为2.8 m，其预制宽度为2.20 m、2.35 m 两种(外梁为2.35 m)，翼板及横隔板间留有0.6 m 湿接缝。箱梁腹板厚0.15～0.25 m，箱梁底板厚0.16～0.25 m，顶板厚0.1 m。T 梁主梁间距为2.417 m，其预 制宽 度 为1.80 m、1.90 m 两 种(边 梁 为1.90 m)，翼板及横隔板间留有0.617 m 湿接缝。T 梁肋板厚0.20 m，马蹄宽0.54～0.64 m。

(2)主梁横隔板

30 m、29.588、30.036 简支箱梁仅在梁端设一道端横隔板。L=50 m 简支T 梁，一共进行9 道横隔板的设置，至于横隔板的连接方法，建议采用现浇湿接缝的方法，这样可以确保梁的整体性。

(3)支座

采用GYZ 板式橡胶支座，其技术条件必须符合JT/T4－93 的规定。

(4)伸缩缝

建议采用80、160 型浅埋式型钢伸缩缝，其技术条件必须符合JT/T327－1997 的规定。简支梁采用桥面连续结构。

桥面泄水管的设置应按每1 cm2泄水面积排400 cm2桥面水的要求设置。在预制外梁翼缘板时应予考虑预留孔洞。

2.3 施工要点设计

预应力钢束张拉的控制吨位及应力见表2，预应力钢绞线的张拉通过张拉力与伸长值一同进行控制，具体的规范要根据目前正在实行的《公路桥涵施工技术规范》来执行。此外，还需要注意以下几个方面的内容:首先，是对于梁体混凝土的要求。要求其一定要达到85%的强度以后才可以进行预应力的施加;第二点，是对于养护时间的规范，要求养护时间一定要大于4 d。第三点，张拉的顺序一定要根据设计图的相关要求进行，一定要对称张拉。

表2 预应力钢束张拉控制力表

筒支梁在张拉的时候。应该实时的关注桥梁拱度的变化情况，在张拉的过程当中，弹性上拱值和计算值根据±15%进行控制。当张拉结束以后应该第一时间进行封锚，为了避免预制梁上攻太大，导致太大的收缩差的产生，存梁期切记不能过长，按1～3 个月控制，预制T 梁在钢束张拉完成时，上拱度计算值如表3。

预制梁时应在底模上设置向下的二次抛物线反拱，预制梁梁顶线形与梁底线形一致。为了能够避免同跨与相邻跨预制梁之间高差太大，对于相同跨桥的不同位置的预制梁的存量时间要尽量保持一致，同时，相邻跨的预制梁的存量时间也应该尽量的接近。

需要注意的是，对于预制主梁梁顶与翼板及横隔板往端部等和现浇混凝土连接的位置的混凝土表面一定要进行凿毛、冲洗处理。这样一来，就能够确保新混凝土和老混凝土能够有效的结合在一起，当设计的强度已经达到百分之八十五以后，并且已经进行压力扩散以后，才可以在桥梁上运梁。

表3 箱梁、T 梁挠度值 mm

在曲线加宽处梁和边梁，梁重稍增，且不对称，吊装时要采取措施防止倾覆。同时在存梁和运梁时支点必须在理论支承线处，防止梁的开裂。

3 高墩大跨度预应力混凝土连续刚构桥下部结构抗震设计

3.1 下部结构设计

简支梁和刚构边墩采用双柱式桥墩，桩基顶采用系梁连接。刚构主墩为双薄臂墩，薄臂墩中心间距为570 cm，横向尺寸同箱梁底宽为850 cm，纵向为130 cm，承台高为350 cm，横向X 纵向为1 280 ×1 120 cm，8 根桩基，梅花形布置。

表4 主要尺寸及单桩桩顶设计轴向力

3.2 施工方法

桩基全部采用冲孔成孔，再灌注混凝土。刚构在桥墩处搭设施工平台，桩基采用钢护筒护壁，承台采用吊箱施工，在浇注承台时先浇注15 cm 封底混凝土，薄臂墩采用在承台上搭设支架滑模等有效施工方法进行施工。

4 结束语

桥高墩大跨度预应力混凝土连续刚构桥的设计是一个系统全面的设计过程，每一个过程的设计都需要丰富的专业知识和严谨的治学态度。首先根据所给设计资料选择桥式并拟定全桥细部尺寸，然后运用迈达斯程序求解内力并进行桥梁各部的设计与检算，从整体到局部，再从桥梁的上部结构到下部结构。本桥的设计已基本达到预期的结果:桥式的选择满足设计规范与要求;全桥各部结构尺寸符合设计规范要求;结构的力学检算满足设计规范要求。

［1］徐贤昭，董继恩，王欣南.石佛沟特大桥抗震特性探讨.中外公路，2010，(5):34－35.

［2］靳志刚，左德中.大跨度预应力混凝土连续刚构桥合理边中跨比研究.交通科技，2010，(3):77－79.

［3］王立峰，孙勇，王子强.结构参数对刚构——连续组合梁桥动力特性的影响分析.东北林业大学学报，2010，(6):54－57