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(jià)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(shí)體墩， 橋面連續(xù)，橋面連續(xù)處的強(qiáng)度和剛度顯弱，上下部結(jié)構(gòu)變形不協(xié)調(diào)， 進(jìn)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(jià)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(shí)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(diǎn)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(jìn)行的設(shè)計(jì)，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(diǎn)工程，作為“墩梁固接連續(xù)- 剛構(gòu)橋”的高墩橋梁試點(diǎn)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(jì)思路和計(jì)算方法。
3 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
道路等級：高速公路。
計(jì)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(jì)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(jì)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(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和計(jì)算，并按規(guī)范要求進(jìn)行應(yīng)力、強(qiáng)度值控制，并對其關(guān)鍵部位進(jìn)行變形、裂縫驗(yàn)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(shí)必需的拱度，但不能過大，并能滿足臨時(shí)施工荷載的強(qiáng)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(dá)到強(qiáng)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(shí)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(shí)結(jié)構(gòu)為連續(xù)剛構(gòu)體系，按連續(xù)剛構(gòu)橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)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(jì)算確定，可以達(dá)到120m 以上，甚至達(dá)300m。
4.2 計(jì)算模式
全橋共分為130 個(gè)節(jié)點(diǎn)，124 個(gè)單元。計(jì)算按照全橋?qū)捊⒛Ｐ?，全橋共? 片T 梁，實(shí)際建模采用形成一個(gè)大T 形截面，并且修正與大氣接觸的截面周邊長度與實(shí)際截面相等( 見圖2) 。實(shí)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(diǎn)模擬節(jié)點(diǎn)連接性質(zhì)。
T 梁預(yù)制時(shí)不計(jì)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(shí)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(diǎn)剛臂固接形成剛構(gòu)體系，全橋?yàn)檫B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(jìn)行單片梁及整體平面桿系結(jié)構(gòu)分析和計(jì)算， 采用橋梁博士V2.9 按梁格法進(jìn)行核算。
4.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
計(jì)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(jì)算
4.4.1 施工(計(jì)算)步驟
本計(jì)算階段按施工工順及荷載狀況進(jìn)行模擬計(jì)算。橋墩處采用全橋?qū)? 片T 梁整體計(jì)算，并考慮活載橫向分配，故整體計(jì)算是可靠的。根據(jù)活載橫向分配計(jì)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(jì)算階段工序步驟如下：
( 1) 下部及基礎(chǔ)工程施工，臨時(shí)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(shí)支承， 待強(qiáng)120 天( 即存梁) ，完成75%以上收縮徐變；
( 5) 進(jìn)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(shí)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(yùn)營。
為對照計(jì)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(jì)入臺座支承；
工況二， 單T 梁計(jì)入活載橫向分配，3 車道偏載；
工況三， 不計(jì)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(jìn)行3 種對比：
工況一， T 梁預(yù)制時(shí)是否設(shè)置臨時(shí)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(jìn)行結(jié)構(gòu)連續(xù)。
4.4.2 計(jì)算結(jié)果
( 1) 施工階段內(nèi)力圖( 見圖5～圖7)
( 2) 運(yùn)營階段內(nèi)力圖( 見圖8～圖11)
4.3 計(jì)算結(jié)果分析
工況計(jì)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(jì)算模式在墩梁固結(jié)處施工過程中為正彎矩，運(yùn)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(yùn)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(jì)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(shí)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(jì)算沒有明顯影響；
( 3) 上二期恒載后進(jìn)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(jì)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(jìn)行裂縫驗(yàn)算，經(jīng)計(jì)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(jì)，僅根據(jù)計(jì)算需要設(shè)置橋面連續(xù)的加強(qiáng)鋼筋，即設(shè)置鋼筋φ16 或φ20@15cm即可；
( 2) T 梁根據(jù)計(jì)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(qiáng)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(hù)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(diǎn)
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(jià)經(jīng)濟(jì)節(jié)省、工期短，優(yōu)點(diǎn)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(jì)臨時(shí)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(jìn)行設(shè)計(jì)，2005年8月竣工， 同年12月底通車，施工時(shí)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(jì)效益。證明了該橋型在山區(qū)高墩橋梁中的應(yīng)用是個(gè)理想橋型，也為國內(nèi)類似的山區(qū)高墩橋梁設(shè)計(jì)提供了較好參考，值得大力推廣應(yīng)用。
