适用山区高墩大跨的新桥型空腹式连续刚

空腹式连续刚构桥，亦称斜腿连续刚构桥、拱梁组合式连续刚构桥，是在常规连续刚构形式上的一种新的改型，其主要思路是加大箱梁根部高度，并对箱梁根部的腹板进行挖空，减轻自重，形成梁-拱组合力学效应，从而提高结构承载效率，增强桥梁跨越能力。空腹式连续刚构可采用与常规连续刚构桥相似的平衡悬臂施工方法，工程造价和运营维护费用较低，适用跨径在m～m，可望填补常规连续刚构桥适用跨径和斜拉桥适用跨径之间的空白。本文简要介绍这种桥型的设计构思和主要施工特点。

空腹式连续刚构

连续刚构桥具有结构受力性能较好、能适应一定的平面线形变化、行车平顺舒适、后期养护工作量较小的特点。同时，悬臂法施工，对机具、场地及运输条件的要求低，对于山高坡陡、施工场地狭窄的山区，具有很强的适应性，因而在我国交通基础设施建设中获得了大量应用。截至目前，我国已建成主跨超过m的连续刚构桥达80余座，主跨小于m的更是不胜枚举。但连续刚构桥跨越能力有限，结构承载效率和材料利用率较低；在跨径大于m时，技术风险增大，工程经济指标恶化，且易出现开裂、下挠等耐久性问题。受制于其固有的结构承载特点、混凝土材料水平、施工技术与质量成本控制等因素，0年以来连续刚构桥跨径的发展比较缓慢，甚至因为某些大跨径桥梁出现跨中下挠、梁体开裂等问题而限制跨径。目前，我国业内一般限制连续刚构跨径不超过m，部分山区省份限制跨径不超过m。

受制于山区公路路线总体和地形地质条件，桥梁跨径处于m至m，而地形地质条件不适于拱桥设置时，多采用非经济跨径的斜拉桥，甚至悬索桥。在此背景下，一种能填补m至m经济跨径的桥型，成为了桥梁建设的一个迫切需要。为此笔者在常规连续刚构的基础上结合拱桥的力学特点，于7年提出了空腹式连续刚构新桥型。

结构体系

空腹式连续刚构桥的设计思想是将箱梁根部的高度加大，并将腹板挖空，在箱梁根部区域形成由下弦、上弦和主墩组成三角框架结构，从而提高根部区域的承载效率、提高结构的跨越能力。空腹区域的下弦为偏心受压结构，主要起承压作用；上弦为偏心受拉结构，平衡下弦的水平力，并布设悬臂浇筑钢束；上、下弦汇合后成为实腹梁，其受力特性与常规连续刚构相似，其长度由于空腹区的存在而减小。

空腹式连续刚构桥的结构，主要包括墩柱（双肢或单柱式），根部挖空区域的下弦、上弦，以及常规实腹梁段、合龙段等，如图1。

图1空腹式连续刚构桥的结构体系

空腹式连续刚构桥，其总体结构特性仍然为预应力混凝土梁式桥，但由于空腹区域的存在，其结构体系具有以下特点：

1．挖空三角区的下弦受压为主，为拱的受力特征；上弦受拉为主，可以平衡下弦压力；主墩两侧的挖空三角区对称，两侧下弦压力和两侧上弦拉力基本上相互抵消，形成自平衡的受力体系。

2．承受巨大负弯矩的桥墩根部区段，改梁式截面受力模式为挖空三角区框架受力模式，提高了桥墩根部区段的结构承载效率。

3．挖空三角区，减小了跨中实腹梁段的长度，减少了跨中梁段的受力和挠度。

4．下弦的设置，减小了墩柱高度，提高了高墩的稳定和受力性能。

5．根部区域挖空，减小了结构自重，降低了下部构造与基础工程规模，提高了结构抗震能力。

空腹式连续刚构桥结构体系相对复杂、关键节点较多、构造设计难度较大、上下弦施工工序较多、施工难度相对较大，在设计验算、预应力配置、构造设计、施工组织与施工控制等环节需要给予充分的重视。

桥跨布置

空腹式连续刚构桥，可布置为单主跨、多主跨，以及单T的形式，桥墩可采用双肢薄壁墩或箱形柱式墩，其桥跨布置如图2、图3。

图2双肢薄壁墩、空腹式连续刚构桥

图3单柱式墩、空腹式连续刚构桥

空腹式连续刚构桥，也可与常规连续刚构组合形成大、小跨的布置形式，从而增强了适应地形的能力。

与常规连续刚构桥一样，空腹式连续刚构桥的桥墩与上部结构固结，不需要设置大型支座，桥墩承受上部结构传递的轴力、弯矩和由于预加力、混凝土收缩徐变、温度变化所引起的梁体纵向位移。桥墩底部所承受的由于上构梁体纵向位移产生的剪力，随着墩高的增加和墩身刚度的减小而减小，因此布置桥跨时，应选择适当的墩柱高度和墩身截面尺寸。根据笔者的工程经验，采用双肢薄壁墩的情况下，墩柱高度不宜小于其与上构梁体纵向温度位移零点之间距离的1/4—1/5，如图4。

图4空腹式连续刚构桥的桥跨布置与墩柱高度

双肢薄壁墩的建议高度，可表示为下式（1）

Hi≥(1/4～1/5）Li，i=1～n 　　 　　（1)

式中，Hi、Hn为墩柱高度，Li、Ln为墩柱与上构梁体纵向温度位移零点之间距离，上构梁体纵向温度位移零点按桥墩的纵向抗推刚度，采用集成刚度法计算。

空腹式连续刚构桥中，桥墩除承受上部结构传递的轴力、弯矩和由于预加力、混凝土收缩徐变、温度变化等所引起的内力外，车辆制动力、上部结构地震力等，亦将产生较大的效应，且向墩高较小、纵向抗推刚度较大的桥墩集中。因此，连续刚构体系中的桥墩高度，或者更准确地说，桥墩纵向抗推刚度的差异也不宜过大，桥墩高度及其截面形式和尺寸的选择，要力求各墩及其基础的受力较为均匀，必要时，在高度较大的双肢之间设置纵向系联，以调整桥墩纵向抗推刚度，从而调整上部结构传递到桥墩的内力的分配，如图4。

结构参数

分析空腹式连续刚构桥的结构特点可以发现，空腹区域长度、下弦倾角等参数的变化，对结构受力的合理性、经济性影响非常大，可以采用正交试验方法或结构优化方法，对其合理取值范围进行研究。

根据贵州北盘江特大桥（主跨米）和湖北云南庄特大桥（主跨米）的结构设计与计算分析，结合正交试验研究，建议空腹式连续刚构桥的总体结构参数取值如下：

1．空腹段下弦梁底与实腹段梁底宜按一致的幂次曲线变化，梁底曲线幂次β的取值范围为2.5～3.5。

2．空腹段下弦梁底与桥墩的相交点至墩顶桥面的距离，即根部总高度H，宜取主跨跨径或名义主跨跨径的1/7～1/9。

3．空腹段下弦可采用等高度梁，梁高宜取主跨跨径或名义主跨跨径的1/40～1/50。

4．空腹段上弦梁高，应综合考虑上弦结构受力及纵向预应力布置的需要，宜取空腹段上弦长度的1/10～1/15。

5．主跨跨中梁高宜取主跨跨径或名义主跨跨径的1/50～1/70。

施工方法具有特殊性

空腹式连续刚构桥上部结构的总体施工方法是，先进行空腹区的施工，完成上、下弦汇合后，转入常规实腹梁段的挂篮对称浇筑，直至合龙，最终完成上部结构施工。空腹区结构一般处于高墩之上，难以采用支架施工，其施工方法有一定的特殊性，施工设备要求较高，施工过程中的受力、变形控制均需高度

转载请注明：http://www.abuoumao.com/hykh/7179.html