1 .國內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

    近年來，我國山區(qū)高速公路發(fā)展較快，裝配式簡支梁橋以其施工快捷、造價便宜而成為首選。對于墩高大于30m 的采用一般簡支梁橋式則不適宜了，為滿足結(jié)構(gòu)安全及行車的舒適性，則需要增大橋墩剛度和穩(wěn)定性。國內(nèi)已建高墩橋梁主要有以下兩種代表形式：

    ( 1) 變截面矩形空心墩， 矩形實體墩， 橋面連續(xù)，橋面連續(xù)處的強度和剛度顯弱，上下部結(jié)構(gòu)變形不協(xié)調(diào)， 進而形成橋面凹凸不平，甚至出現(xiàn)開裂，影響行車的舒適度和行車的安全。

    ( 2) 先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)的連續(xù)梁體系，這種結(jié)構(gòu)體系其施工復(fù)雜、技術(shù)難度大，工期長、工程造價高。為適應(yīng)我國目前山區(qū)高速公路迅速發(fā)展趨勢，有必要結(jié)合工程實踐并通過詳細(xì)理論分析與研究，確立一種適宜山區(qū)高速公路施工快捷方便、結(jié)構(gòu)安全、簡化的墩梁固接形式， 以提高行車舒適性的高墩橋- 墩梁固接連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)形式。

    2 .工程概況

    本文系對國家重點公路阿(榮旗)深(圳)公路(粵境段)上(陵)至埔(前)段高速公路( 全長135.60km) 老田莊大橋40m 跨徑T 梁墩梁固結(jié)體系進行的設(shè)計，其墩梁固接橋式方案總體布置如圖1 所示。

    老莊田大橋是阿(榮旗)深(圳)公路(粵境段)上(陵)至埔(前) 高速公路跨越深谷的一座山區(qū)高架橋梁，是粵贛高速公路(粵境段)橋梁工程中的一座重點工程，作為“墩梁固接連續(xù)- 剛構(gòu)橋”的高墩橋梁試點工程。該橋橋跨布置形式為左幅5 ×40m+25m， 右幅5 ×40m， 全長213.06m( 240.06m) ，左右半幅分修， 2、3、4 號墩處墩梁固接形成上下部結(jié)構(gòu)連續(xù)，在1、5 號墩( 臺) 處設(shè)置淺埋式型鋼伸縮縫，其他地方采用橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)，最大墩柱高為48.5m。40m 預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁先簡支后墩梁固接形成連續(xù)- 剛構(gòu)體系，共一聯(lián)，本文選取該4 跨一聯(lián)單幅橋作為分析對象，介紹簡支T 梁轉(zhuǎn)墩梁固接的連續(xù)- 剛構(gòu)橋的設(shè)計思路和計算方法。

    3 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

    道路等級：高速公路。

    計算行車速度：100km/h。

    車道數(shù)：雙向4 車道。

    橋面寬度：行車道凈寬2-11.75m，中央分隔帶寬0.5m，總寬26.0m。

    設(shè)計荷載：汽車超- 20 級，掛車- 120。

    地震烈度：地震基本烈度Ⅵ度，按Ⅶ度設(shè)防。

    4 .結(jié)構(gòu)設(shè)計及分析

    4.1 結(jié)構(gòu)體系

    先簡支再墩梁固接形成連續(xù)剛構(gòu)體系，按A 類預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)分析和計算，并按規(guī)范要求進行應(yīng)力、強度值控制，并對其關(guān)鍵部位進行變形、裂縫驗算。

    T 梁預(yù)制存梁期后吊裝就位，通過T 梁底蓋梁頂預(yù)埋鋼板焊接成整體，形成第一次體系轉(zhuǎn)換- 墩梁固接;半幅橋橫向連接后，相鄰跨T 梁間縫與蓋梁預(yù)埋鋼筋共同澆注， 形成第二次體系轉(zhuǎn)換- T 梁間固接， 形成剛構(gòu)體系；最后完成T 梁頂面混凝土現(xiàn)澆層二次截面， 及橋面瀝青混凝土鋪裝等二期恒載。

    預(yù)制T 梁在存梁期要求完成至少75%的收縮徐變，形成行車時必需的拱度，但不能過大，并能滿足臨時施工荷載的強度要求，架梁完畢形成簡支體系。在安裝支座澆注梁端間縫混凝土達到強度， 形成連續(xù)剛構(gòu)體系。由于T 梁已經(jīng)完成前期結(jié)構(gòu)受力和變形， 并通過支座與蓋梁固結(jié)，在形成結(jié)構(gòu)連續(xù)時本身自重不形成內(nèi)力重新分配，僅僅因后期收縮徐變、預(yù)應(yīng)力引起的二次應(yīng)力重分配及現(xiàn)澆層、鋪裝等二期恒載階段作用引起的內(nèi)力、應(yīng)力。后期荷載作用于結(jié)構(gòu)時結(jié)構(gòu)為連續(xù)剛構(gòu)體系，按連續(xù)剛構(gòu)橋進行結(jié)構(gòu)計算，整體受力，該體系限制并協(xié)調(diào)墩頂?shù)奈灰?，其位移變形主要通過柔性橋墩的變形以及聯(lián)跨端伸縮縫來完成，聯(lián)跨長度根據(jù)計算確定，可以達到120m 以上，甚至達300m。

    4.2 計算模式

    全橋共分為130 個節(jié)點，124 個單元。計算按照全橋?qū)捊⒛Ｐ?，全橋共? 片T 梁，實際建模采用形成一個大T 形截面，并且修正與大氣接觸的截面周邊長度與實際截面相等( 見圖2) 。實際橋墩為雙柱圓形墩，按照截面面積與抗彎慣性矩相等的原則簡化為矩形截面。不同的施工階段梁體與橋墩的連接性質(zhì)不同， 采用主從約束節(jié)點模擬節(jié)點連接性質(zhì)。

 

    T 梁預(yù)制時不計入混凝土現(xiàn)澆層的結(jié)構(gòu)高度，落梁后則作為結(jié)構(gòu)受力構(gòu)造，T 梁下采用單向受壓支座臨時支撐，形成結(jié)構(gòu)連續(xù)并墩梁固接后予以拆除( 焊接成永久支座) ，固接處采用3 對結(jié)點剛臂固接形成剛構(gòu)體系，全橋為連續(xù)剛構(gòu)體系。

    結(jié)構(gòu)分析程序采用GQJS9.0 平面桿系分析程序進行單片梁及整體平面桿系結(jié)構(gòu)分析和計算， 采用橋梁博士V2.9 按梁格法進行核算。

    4.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

    計算分析聯(lián)跨為橫向5 片T 梁布置，預(yù)制T 梁長39.94m，梁高241cm，梁頂現(xiàn)澆層為10cm 防水混凝土，組合梁高251cm，橋面鋪裝為9cm 厚瀝青混凝土。橫向布置見圖3。下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式橋墩， 構(gòu)造形式見圖4。

    聯(lián)跨上下部結(jié)構(gòu)材料為：固接現(xiàn)澆塊采用50 號鋼纖維微膨脹混凝土，蓋梁、墊石采用40 號混凝土，墩柱和柱間系梁采用30 號混凝土，樁基和樁間系梁采用25 號混凝土。樁基礎(chǔ)采用30 號混凝土，為鉆( 挖) 孔樁基礎(chǔ)，基底嵌入砂巖微風(fēng)化層不小于3.0m。

    4.4 結(jié)構(gòu)分析及計算

    4.4.1 施工(計算)步驟

    本計算階段按施工工順及荷載狀況進行模擬計算。橋墩處采用全橋?qū)? 片T 梁整體計算，并考慮活載橫向分配，故整體計算是可靠的。根據(jù)活載橫向分配計算，控制T 梁受力為汽車荷載最不利狀況平均分配值的150%。計算階段工序步驟如下：

    ( 1) 下部及基礎(chǔ)工程施工，臨時支承(臺座模擬)及支座安裝；

    ( 2) 立模板，臺座澆注預(yù)制T 梁混凝土，多單向支承的簡支體系；

    ( 3) T 梁預(yù)應(yīng)力鋼束張拉；
    
    ( 4) 拆除臨時支承， 待強120 天( 即存梁) ，完成75%以上收縮徐變；

    ( 5) 進行跨梁及梁墩之間結(jié)構(gòu)連續(xù)( 墩梁固接) ，永久支座為鋼板支座焊接而成；

    ( 6) 臨時支座拆除，形成多跨墩梁固結(jié)的連續(xù)剛構(gòu)體系；

    ( 7) T 梁二次截面( 即橋面現(xiàn)注層澆注施工) ；

    ( 8) 上橋面鋪裝等二期恒載；

    ( 9) 收縮徐變360 天；

    ( 10) 運營。

    為對照計算， 考慮3 種工況：

    工況一， 基本工況- 全橋面預(yù)制T 梁階段計入臺座支承；

    工況二， 單T 梁計入活載橫向分配，3 車道偏載；

    工況三， 不計預(yù)加應(yīng)力。為考慮多種情況，對墩梁固結(jié)剛構(gòu)體系的基本工況。

    進行3 種對比：

    工況一， T 梁預(yù)制時是否設(shè)置臨時支撐；

    工況二， 墩梁固結(jié)處單元是否考慮剛臂；

    工況三， 上二期恒載后進行結(jié)構(gòu)連續(xù)。

    4.4.2 計算結(jié)果

    ( 1) 施工階段內(nèi)力圖( 見圖5～圖7)
 

    

    ( 2) 運營階段內(nèi)力圖( 見圖8～圖11)

 

 
     4.3 計算結(jié)果分析

     工況計算分析結(jié)果顯示：

    ( 1) 全橋幅寬作為整體，結(jié)構(gòu)是安全的；

    ( 2) 第3 種工況下內(nèi)力圖與連續(xù)剛構(gòu)體系的內(nèi)力圖趨勢是一致的，說明結(jié)構(gòu)分析模式是正確的，且負(fù)彎矩絕對值小，反映了T 梁在轉(zhuǎn)換體系前的收縮徐變及變形的大部分完成對內(nèi)力的影響很大， 存梁措施是合理的；

    ( 3) 第1 種工況與第2 種工況主要為整體與最不利單片T 梁的對比，均說明此計算模式在墩梁固結(jié)處施工過程中為正彎矩，運營狀況下為正彎矩與負(fù)彎矩的包絡(luò)， 負(fù)彎矩的絕對值大于正彎矩；

    ( 4) 運營狀況下墩梁固結(jié)處負(fù)彎矩相對預(yù)應(yīng)力區(qū)負(fù)彎矩要小的多。

    對比計算結(jié)果顯示：

    ( 1) 是否模擬臺座的支撐情況對結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分配影響較大，跨中彎矩差不多大1 倍，且該狀況與實際施工不吻合，不采信；

    ( 2) 墩梁固結(jié)處單元考慮與否剛臂對結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算沒有明顯影響；
   
    ( 3) 上二期恒載后進行結(jié)構(gòu)連續(xù)的跨中彎矩要小15%，但由于T 梁按簡支計算有一定富裕度，能滿足該工況要求，兩種方案均可行。

    4.4.4 結(jié)構(gòu)檢算

    墩梁固接部分采用的是普通鋼筋混凝土構(gòu)件，根據(jù)規(guī)范要求需進行裂縫驗算，經(jīng)計算，裂縫寬度為0.15mm，能滿足規(guī)范要求，其他檢算均滿足規(guī)范要求。

    4.5 T 梁相應(yīng)處理措施

    ( 1) 由于墩頂T 梁負(fù)彎矩比較小，甚至為正彎矩，故橋面現(xiàn)澆層不作特殊設(shè)計，僅根據(jù)計算需要設(shè)置橋面連續(xù)的加強鋼筋，即設(shè)置鋼筋φ16 或φ20@15cm即可；

    ( 2) T 梁根據(jù)計算配置的預(yù)應(yīng)力鋼絞線不作規(guī)格和數(shù)量的更改；

    ( 3) T 梁張拉端頭應(yīng)作成鋸齒狀，加強新舊混凝土的結(jié)合；

    ( 4) T 梁張拉端頭下端間距最好在50cm 以上；
    
    ( 5) T 梁張拉端頭間結(jié)構(gòu)連續(xù)的混凝土應(yīng)填加微膨脹劑；

    ( 6) T 梁端橫隔板最好加大尺寸，30～50cm 為宜；

    ( 7) T 梁底和蓋梁頂?shù)念A(yù)埋鋼板在T 梁吊裝完成后采用側(cè)邊四周焊接，焊接質(zhì)量要求優(yōu)，在焊接完成后必須采取防護防腐措施；

    ( 8) 橋臺處T 梁與搭板現(xiàn)澆層形成橋面連續(xù)。

    5 .體系優(yōu)點

    對高墩中大跨度多聯(lián)跨的簡支結(jié)構(gòu)而言，如40m 跨徑T 梁，墩高大于30m 的2 聯(lián)或多聯(lián)跨橋，采用預(yù)制簡支T 梁將墩梁固接形成連續(xù)剛構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)簡潔安全合理、施工簡單方便、造價經(jīng)濟節(jié)省、工期短，優(yōu)點明顯：

    ( 1) 聯(lián)跨長，伸縮縫少，行車平順、高速、舒適；
   
    ( 2) 墩梁固接，節(jié)省了支座，用高墩的柔性適應(yīng)順橋向的水平位移，墩梁固接的約束，有利于高墩的穩(wěn)定和受力；

    ( 3) 不需設(shè)計臨時支座，體系轉(zhuǎn)換方便；
   
    ( 4) 墩頂負(fù)彎矩區(qū)采用鋼筋混凝土，施工工序少，施工快捷、方便；

    6 .結(jié)語

    高速公路(粵境段)于2003 年底進行設(shè)計，2005年8月竣工， 同年12月底通車，施工時間不到一年半。該墩梁固接連續(xù)- 剛構(gòu)橋在確保結(jié)構(gòu)安全的前提下，簡化了固接形式，墩梁固接處采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，降低了施工的技術(shù)難度，方便了施工，大大縮短了工期，增加了橋墩剛度和穩(wěn)定性，提高了行車的舒適度，獲得明顯的社會、經(jīng)濟效益。證明了該橋型在山區(qū)高墩橋梁中的應(yīng)用是個理想橋型，也為國內(nèi)類似的山區(qū)高墩橋梁設(shè)計提供了較好參考，值得大力推廣應(yīng)用。