大跨径多连跨预应力混凝土梁桥结构体系探讨

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发布时间：2021-09-09

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大跨径多连跨预应力混凝土梁桥结构体系探讨
万志勇
(广东省公路勘察规划设计院广州510507)
摘要：大跨径多连跨预应力混凝土粱桥因长度较大，混凝土收缩徐变及温度等变形量均较大，在主桥结构体系
选取时各种矛盾较为突出．文中分析该结构体系的受力特点并探讨其优化设计问题。
关键词：大跨径；多连跨；粱桥；结构体系
近年随着我国桥梁建设的发展，总体设计时选
用大跨径预应力混凝土梁桥结构的桥梁项目不断增
多．且采用3跨以上的多连跨形式，其特点为：主桥
总长较大．导致混凝土收缩徐变及温度等变形量增
大．结构构造尺寸大导致结构刚度大，因此在选取结
构体系时各种矛盾较为突出本文从分析结构体系
受力特点的角度出发．探讨其优化设计问题。
1 结构体系概述
大跨径多连跨预应力混凝土梁桥通常采用以下
3种结构体系，即：连续刚构、连续梁、刚构一连续梁
组合体系．其中以连续刚构体系的综合性能最优。主
要表现在该体系不需设置支座．可避免大型支座的
安装施工及维护、更换等问题；施工时无需进行体系
转换。降低了施工难度与费用；结构整体受力性能
好．有利于抗震在结构设计时通常优先考虑采用连
续刚构体系．但该体系要求下部结构有足够的柔度，
以适应上部主梁的变形。
若下部结构刚度过大而无法选用连续刚构．则
可选用刚构一连续组合或连续梁体系．在墩顶设置纵
向滑动支座来释放墩顶纵向约束。对于大跨径桥梁
需选用吨位较高f约40MN以上)的造价昂贵的支
座．施工时还需设置临时固结．合拢后再进行体系转
换．施工难度和费用增大此外由于支座的设计寿
命一般在50年以内．小于桥梁结构设计基准期100
年．若运营时需更换大型支座则难度很大．因此宜采
用一些优化设计措施．尽可能实现连续刚构体系
2 连续刚构体系的受力特点
当下部结构刚度较大时．就要分析连续刚构体
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系的受力特点．以采取有效的结构优化设计措施。
2．1 下部结构刚度与主梁刚度的关系
对于大跨径连续刚构桥。主梁截面尺寸较大，梁
的纵向拉压刚度相对主墩的纵向抗推刚度有量级上
的区别．因此主梁因混凝土收缩徐变及温度等产生
的纵向变形几乎不受主墩刚度的影响。它对主墩的
作用近似于墩顶强迫位移．因此当由主梁纵向变形
控制主墩设计时．要通过增大主墩结构尺寸来满足
强度验算是不可取的．这有别于一般构件设计时强
度不足就增大尺寸的做法。
2．2 主墩高度对连续刚构体系的影响
对于连续刚构的主墩．可近似看成两端固定约
束、高度为L的构件。墩顶单位位移产生的水平力为
l2 。墩身弯矩为6EI／L ，并可推知墩身应力也
与L 成反比．因此随着墩高的增大．主墩刚度对选
用连续刚构体系的制约就越弱．当墩高达50m以上
时．可能反而需采取增大主墩刚度的措施．以满足限
制结构变形的要求
在多连跨结构中．不同位置的墩高宜尽可能相
同．以有利于各墩平均分配汽车制动力、地震作用、
风荷载等产生的效应．同时由于上部结构温度变形
零点位于中间．可最大限度地减小边主墩因温度作
用产生的内力当受建设条件限制各主墩无法实现
等高时．也应尽量使墩高或主墩刚度相对跨中对称。
2．3 影响连续刚构主墩内力的因素
连续刚构的主墩受到的作用力包括结构重力、
预加力、汽车荷载、汽车制动力、温度作用、风荷载、
混凝土收缩及徐变作用等．位于水中的主墩还需考
虑船舶撞击作用．地震基本烈度Ⅵ度以上地区还需
进行抗震验算上述作用对主墩内力的影响程度．随
结构具体情况的不同而有所变化．以下通过具体算
例加以说明