導語：在大跨度剛構橋常見病害的研究的撰寫旅程中，學習并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了一篇優秀范文，愿這些內容能夠啟發您的創作靈感，引領您探索更多的創作可能。

關鍵詞:跨中下撓;腹板開裂;水平底板索;水平橫隔板+內襯混凝土

近年來隨著我國交通事業的大力發展，一些新材料、新工藝的不斷出現，橋梁的跨徑越來越大，在100m～300m跨徑范圍內，連續剛構橋已成為最主要的競爭橋型。但從近30年來的運營情況來看，預應力混凝土連續剛構橋的發展遇到了瓶頸，出現了一些病害，影響橋梁的正常使用。比較突出的問題有:上部結構自重大、跨中持續下撓、腹板開裂等，這些問題嚴重限制了該類型橋梁在大跨度領域的進一步發展。針對以上問題，國內外研究人員都做了大量的科學研究，其中波形鋼腹板技術的引入是一項重要的改進措施。波形腹板連續剛構橋能明顯減輕上部結構自重，增大橋梁跨徑，提高結構抗震性能，徹底解決混凝土箱梁腹板開裂問題，但是目前波形腹板橋梁仍存在一些設計上的缺陷，隨著跨徑的增大，箱梁根部截面高度會越來越大，波形腹板屈曲穩定問題顯得尤為突出。波形腹板連續剛構作為連續剛構橋的改進型，同樣具有連續剛構橋跨中持續下撓的問題，傳統的剛構橋底板鋼束沿底板呈曲線布設，張拉預應力時，鋼束會產生向下的徑向力，該力是剛構橋產生下撓的主要原因。針對以上問題，在什川黃河大橋設計中進行優化，提出一些改進措施，確保橋梁長期運營安全。

1工程概況

G30連霍高速公路清水驛至忠和段擴容改造工程是甘肅省高速公路網的重要組成部分，也是蘭州市繞城高速的重要組成部分，東與連霍國家高速相接，西與京藏國家高速和機場高速相接。項目建成通車后，對現有柳忠高速定遠至忠和段將重新確定其功能，部分路段將并入市政道路，從而緩解現有蘭州城區交通壓力;且將分流現有高速公路蘭州出入境交通和過境交通，緩解出入境及過境交通對現有道路及高速公路的交通壓力，大大提升蘭州座中四聯的區位條件所具有的集聚輻射能力，為旅游業發展提供便利條件;改善沿線各區縣的投資環境，推動經濟活躍帶狀區域的形成;對推動全省的經濟發展和方便周邊省(區)相互往來具有十分重要的意義和作用。什川黃河大橋是G30連霍高速公路清水驛至忠和段擴容改造工程的重點、控制性工程，大橋位于什川鎮小峽水電站上游8km黃河峽谷內。里程樁號YK33+275/ZK33+255，橋位處路線跨黃河地形、地貌見圖1。

2設計方案

本橋采用主跨160m波形鋼腹板連續剛構方案跨越黃河，不設引橋，東側接大河坪隧道、西側接上河坪隧道。1)總體布置。K33+275什川黃河特大橋橋跨布置為(90+160+90)m，橋梁為三跨波形鋼腹板預應力混凝土連續剛構橋，全長350m。橋梁主梁采用單箱單室變截面波形鋼腹板預應力混凝土連續箱梁，主墩采用雙肢實體墩，下部基礎采用承臺接群樁基礎，樁基按鉆孔灌注樁設計，主橋總體布置見圖2。2)主梁構造。上部結構主梁采用單箱雙室波形鋼腹板預應力混凝土連續箱梁，箱梁按2．8m，3．2m和4．8m梁段長度分段;箱梁頂板寬16．75m，底板寬9．75m;支點梁高11．0m，跨中梁高5．0m，跨中至15號截面(長21．6m)為等梁高段，15號截面向墩頂按1．5次拋物線規律變化。箱梁跨中至15號截面底板厚度35cm，支點底板厚度150cm，底板厚度由15號截面向支點按1．5次拋物線規律變化。12號～15號截面為底板加厚段，箱梁梁端(跨中)～12號截面底板索布置梁段底板上緣平行橋面。0號～3號梁段為預應力混凝土，4號～11號梁段為鋼－混凝土組合腹板外，其他節段腹板均為波形鋼腹板，波形鋼腹板鋼材為Q345qD，波高22cm，鋼板厚25mm～16mm，其形狀按1600型采用。0號梁段箱梁腹板采用110cm，1號梁段箱梁腹板采用100cm～80cm，2號及3號梁段箱梁腹板采用80cm。箱梁混凝土采用C60高強混凝土，標準橫斷面見圖3。波形鋼腹板與混凝土頂底板的連接采用嵌入式連接方式。波形鋼腹板與橫隔的連接采用開孔鋼板剪力鍵連接。波形鋼腹板的各節段之間選擇了重疊貼角焊接形式，為焊接方便，連接處設計了M22普通螺栓臨時連接。鋼－混凝土組合腹板，混凝土僅在于加強波形鋼腹板抗剪能力和穩定性，其自身抗剪力作為安全貯備，混凝土與波形鋼腹連接采用栓釘連接。3)橋墩及基礎。橋墩采用雙薄壁墩，墩壁厚度為1．8m，橫向寬度為9．75m，墩壁中心間距6．0m。橋墩采用擴大基礎與剛性樁組合基礎，基礎平面尺寸為15．2m×11．2m，基礎厚度為5．5m;剛性樁樁徑為2．0m，樁基橫向中心間距6．0m，縱向中心距4．0m。若橋墩采用擴大基礎也可滿足豎向和水平承載力要求，但本橋位于高震區，為提高基礎的嵌固效果，采用群樁基礎以抗滑、抗傾覆。

3針對常見病害的改進設計

3．1主梁跨中下撓

1)主梁下撓特征。主梁下撓的主要特征:撓度隨著時間不斷增加，增加速度表現為加速、減速、勻速的變化趨勢;結構長期荷載作用下撓度的最大值遠大于設計值。表1列出了全球范圍內一些大跨度連續剛構橋下撓情況，從表1中可以看出，我國同期建設的橋梁普遍存在主梁跨中下撓問題，間接證明大跨度連續剛構橋設計中存在問題，需要進一步優化改進設計方案［1－2］。2)原因分析。跨中持續下撓的影響因素歸納起來有:混凝土由于取材以及配合比的特殊性，對其收縮徐變特性認識不足，實際發生的收縮徐變大大超出設計預期，導致結構下撓過大;預應力束的布置方式不合理以及對預應力的實際損失估算不合理，導致混凝土拉應力過大;管道灌漿不飽滿，預應力筋銹蝕，發生失效或部分失效;施工超方導致橫中計算不足;運營期間超載，產生結構性不可逆轉損傷。對設計而言以上原因最主要是跨中預應力鋼束布置不合理，鋼束產生徑向力，導致跨中持續下撓，徑向力力學模型見圖4。歸結到底，箱梁跨中產生下撓主要原因是:主梁彎矩包絡圖的形狀和底板索形狀相反，底板索不合理引起的徑向力引起的。3)解決方案。根據以上分析，徑向力產生跨中彈性下撓相當大，為消除跨中下撓，宜先消除徑向力。故本文提出跨中設置水平底板索的設計方案，即將傳統的沿底板布設的曲線預應力束調整為水平向布設的底板水平預應力束，水平底板束布置圖見圖5。直線拉索后，無向下的徑向力，跨中不再產生由于預應力的布設而產生的跨中下撓。

3．2腹板開裂

1)原因分析。腹板斜裂縫為結構受力性能裂縫，危害大，其主要原因有:豎向預應力張拉、錨固工藝控制不好，預應力損失大，導致腹板出現較大的主拉應力;部分梁體腹板未設置腹板彎下鋼束，導致腹板自身抗剪能力不足;其次腹板厚度不足，或者尺寸全橋不協調，受剪箍筋配置不合理或過少，導致抗剪能力不足;施工質量控制不夠好，混凝土振搗不密實，養護不到位。2)改進措施。為避免本橋產生腹板開裂的病害，設計中采用波形鋼腹板代替傳統的混凝土腹板，這樣做不僅減輕了上部結構自重，提高了結構的抗震性能，也消除了腹板開裂的病害風險。但是采用波形鋼腹板，會帶來新的問題，隨著橋梁跨徑的增大，梁截面也隨之變高，梁根部波紋鋼腹板自由長度也變大，腹板屈曲穩定問題較為突出，為此本橋設計提出，設置內襯混凝土+水平隔板的設計方案，水平隔板的設置可以減小波形腹板的自由長度，增大其抗屈曲穩定的性能，內襯混凝土+水平隔板布置見圖6［3－4］。

4結論

對大跨度連續剛構而言，結構自重占結構承載力的70%以上，減輕結構自重能大大提高結構承載力，進一步增強結構跨度。故對大跨度剛構橋，推薦采用波形鋼腹板替代傳統混凝土腹板，波形鋼腹板連續剛構既能提高預應力導入度，又能解決箱梁根部腹板開裂問題。針對連續剛構跨中持續下撓問題，提出的設置水平底板索，可從根源解決跨中下撓問題。針對波形鋼腹板屈曲問題，提出的設置水平隔板+內襯混凝土組合方案，可確保梁根部腹板不屈曲。以上措施的實施，既增大了傳統連續剛構橋的跨徑，又解決了常規混凝土連續剛構橋常見病害，適合在后續項目積極推廣應用。

參考文獻:

［1］中華人民共和國交通運輸部．公路橋涵設計通用規范:JTGD060—2015［S］．北京:人民交通出版社，2015．

［2］中華人民共和國交通運輸部．公路橋涵地基與基礎設計規范:JTG3363—2019［S］．北京:人民交通出版社，2019．

［3］中華人民共和國交通運輸部．公路涵洞設計規范:JTG/T3365－02—2020［S］．北京:人民交通出版社，2020．

［4］吳國孫．底板索水平布置的預應力混凝土變截面箱梁橋:200620129482．X［P］．

作者:常亞林 單位:甘肅省交通規劃勘察設計院股份有限公司