大跨小半径变宽度三跨变截面预应力混凝土连续梁设计与施工

DOI:10.16799/j.cnki.csdqyfh.2019.05.045

城市道桥与防洪

桥梁结构163大跨小半径变宽度三跨变截面预应力混凝土

连续梁设计与施工

郑纪研，史先飞周彦锋，王立新，

江苏南京210014）（中设设计集团股份有限公司，

摘

（83+145+83）具有大跨小半径变宽度结构特点，要：娄江大桥为娄江航道上一座m三跨变截面预应力混凝土连续箱梁桥，

边跨采用支架节段现浇施工，成功解决了不断航情况下大跨常规的施工方案难度和风险大。项目中跨采用挂篮节段悬浇施工，小半径变宽度三跨变截面预应力混凝土连续梁桥的设计及施工方法问题。建议利用梁格模型或者空间网格模型作为补充验算，对空间梁单元模型所采用的经验系数进行修正后进一步验算。设计；施工关键词：大跨；小半径；变宽度；中图分类号：U448.21+5

文献标志码：B

文章编号：1009-7716（2019）05-0163-04

1概述

娄江大桥为312国道苏州东段改扩建工程互

通内主线跨娄江航道节点桥，位于400m曲线半径上，路线与娄江航道右偏角为45°，上跨娄江航

交汇处，现状河道道（五级）和界浦江航道（五级）

宽约79.2m（见图1）。

图1娄江桥效果图

娄江大桥采用三跨变截面预应力混凝土桥一

（位于曲线内侧）采用跨跨过通航水域，左幅主桥

（83+145+83）m三跨变截面预应力混凝土连续箱

采用（76+127+76）梁，右幅主桥（位于曲线外侧）m

三跨变截面预应力混凝土连续箱梁。

航道运营繁忙，不主桥上跨两条航道交汇处，

允许采用水中支架法施工。另项目总体平面设计给主桥设计和施工带来了新的挑战。

曲线桥的弯曲程度主要取决于曲线圆心角大小。有研究认为，三跨变截面连续梁结构当最大双悬臂圆心角大于20°时，应考虑结构弯扭耦合作

收稿日期：2018-12-18

（1979—）从事桥梁作者简介：周彦锋，男，硕士，高级工程师，

设计工作。

用影响；当圆心角大于38°时，结构已表现出明显的非线性。日本规范将桥梁中心线所对应的圆心角

规定当单跨圆心角作为结构分析方法的主要依据，

在5°＜渍≤30°时，计算剪力和弯矩可按直线桥进行，但计算反力及扭矩时就应考虑曲线影响。该项目主桥位于小曲线半径（R=400m）上，最大双悬臂状态对应圆心角为22.8°。

主桥边跨进入互通，互通侧边跨和部分中跨进入变宽段，内侧主桥由标准桥宽19.75m渐变至24.4m，外侧主桥由19.75m渐变至26.3m，导致

（见图2）边中跨恒载差异大，边中跨扭矩不平衡。

主桥设计中跨采用挂篮节段悬浇施工，边跨采用支架节段现浇施工，成功解决了不断航情况下大跨小半径变宽度三跨变截面预应力混凝土连续梁

为此类桥梁的应用提供桥的设计及施工方法问题，

了经验和借鉴。

2主要技术标准

一级公路。（1）道路等级：

（2）设计荷载：汽车荷载采用公路-Ⅰ级标准。（3）设计时速：60km/h。（4）桥梁标准宽度：0.5m（护栏）+18.75m（行车道）+0.5m（护栏）+0.5m（中分带）+0.5m（护栏）+18.75m（行车道）+0.5m（护栏）=40m。

（5）抗震要求：地震动峰值加速度为0.10g，抗震设防烈度为7度。

164桥梁结构

城市道桥与防洪

2019年5月第5期

（单位：图2娄江大桥桥型布置图cm）

（6）通航要求。娄江（苏浏线）：Ⅴ级航道，通航

净空尺度为45m×5m。设计通航水位：设计最高通航水位1.997m，设计最低通航水位0.517m。综上所述，大跨度、小半径变截面连续梁的扭

矩作用机理和常规等高曲线梁有明显差别，出现“外梁卸载、内梁超载”的现象。

3大跨度、小半径变截面连续梁扭矩作用

机理分析

对于大跨度、小半径变截面预应力混凝土连续梁，其主梁扭矩的成因和常规50~60m以下等

预应力高曲线梁相同，主要影响因素有自重作用、

钢束作用、后期外荷载偏载等。除了后期外荷载偏载的影响相同外，前两者对结构扭矩的产生作用机理有明显差别，这主要由两者的施工方法造成。

在自重作用下，对于等高梁多采用一次落架施工，

由于弯梁外侧尺寸大于内侧尺寸，弯梁重心轴外

小置，形成向外侧翻转的扭转效应。对于大跨径、

悬臂施工初期，自半径变截面梁多采用悬臂施工，

重作用同样产生向外侧翻转的扭转效应，随着悬

梁段重臂阶段的梁段延伸，受到曲线半径的影响，

心向内侧偏移，自重作用下扭矩很快转变为向内侧翻转的扭转效应，在二期恒载作用下产生向外侧翻转的扭矩效应，可以起到部分有利作用。

预应力钢束产生扭矩的作用亦存在明显差别，曲线桥梁中预应力筋的扭矩效应除了由预应力弯矩的耦合作用产生外，另一部分由钢束产生的径向力产生。对于采用一次落架施工的等高梁，其自重正弯矩区范围大于负弯矩范围，钢束主要布置在梁体下缘，钢束径向力位于截面剪切中心以下，对结构产生向外侧翻转的扭转。对于采用悬

悬臂施工臂施工的大跨径、小半径变截面连续梁，

钢束布置于梁体过程中，自重作用下均为负弯矩，

上缘，钢束径向力对结构产生向内侧翻转的扭转；

钢束扭矩作用转合拢阶段，钢束布置于梁体下缘，

变为向外侧翻转的扭转，具有平衡扭矩的有利作用。

4主桥结构设计

项目左幅主桥为控制性设计，本文仅对左幅桥进行描述。

（83+145+83）左幅主桥跨径为m，结构中心线

工曲线半径为390m，曲线梁桥为弯扭耦合体系，

程上常常采用刚构体系以解决主梁抗扭问题。由

（高7.0m）于项目主墩墩身较矮，刚构方案不成

立。

根据以上对于大跨度、小半径变截面预应力混凝土连续梁受扭作用机理分析，结构设计时有

以减小结构扭矩、增加结针对性地采取相应措施，

构抗扭刚度。主桥主要结构设计情况如下：

从跨中处4.0m变箱梁高度按1.5次抛物线，

化至距主墩中心3.0m处的8.8m。箱梁采用纵向、竖向、横向三向预应力体系。

加大箱为提高主梁抗扭刚度，缩小悬臂长度，

体宽度，箱梁标准段宽19.75m，截面形式采用单箱双室，悬臂长3.5m。

主桥箱梁在墩顶0号块处设置两道厚度为1.5m的横隔板，两道横隔板中心间距3.5m；在边跨端部设厚度为2.0m的横隔板，为提高弯桥抗畸变能力，中跨设置三道0.4m厚隔板，边跨跨中设置一道0.4m厚隔板。

主桥上部一般构造如图3、图4所示。

项目主桥大跨弯桥变宽结构受力比较复杂，为抵抗额外扭矩和横向弯矩，箱梁结构在直线桥基础上做了相应构造措施调整。

局部梁端增加顶（1）对中支点扭矩较大梁段，

箱梁顶板下层、上部厚度，加强抗扭钢筋的设置，

层横向钢筋，底板下层、上层横向钢筋与腹板箍筋

2019年5月第5期

城市道桥与防洪

桥梁结构165（单位：图3主桥上部一般构造立面图cm）

（单位：图4主梁中支点/边支点标准横断面cm）

相互搭接形成封闭的抗扭矩形。

在直线基础（2）弯桥0号块加强了如下构造：

上对0号块箱梁顶底板和腹板做适当加厚；横隔板加强了横向预应力设置，尤其人洞上下缘横向拉应力大，往往控制横向预应力的设置。

“被动”设计方设计中除了像同类项目中采用

法，即将结构进一步做大做强以抵抗荷载弯扭耦

设计方法，主动调整减小合作用，亦采用了“主动”

结构扭矩效应。相应措施如下：

调整结构（1）通过曲线内外侧悬臂厚度不同，

扭矩效应。曲线内侧悬臂根部板厚65cm，端部板厚20cm；曲线外侧悬臂根部板厚75cm，端部板厚30cm。

（2）通过中墩支座设置偏心调整各支座反力，

支避免了超大支座设计、施工以及后期养护难题；

座偏心后，使恒载重心线与支反力合力中心线一

支座调偏心设置致，以便减小弯梁桥的侧向位移，

同时减小了下部结构弯矩效应，减小了基础工程量。

为防止钢束侧向崩出，结合钢束对结构扭矩的影响，该项目采取了如下措施：

（1）根据钢束在施工悬臂阶段和合拢阶段扭

利用其调节矩效应的差别，尽量控制其不利影响，

增加合拢扭矩有利作用，尽量减小悬臂钢束型号，

钢束型号。

减小腹板束（2）布束时尽量加大顶板束型号，

型号，减小腹板外崩力。

增加弯梁的横向刚（3）合理设置中间隔板，

度。

注重细节设计，防崩（4）合理设置防崩钢筋，

钢筋内侧圆弧要和钢束紧贴用钢丝扎紧，锚固端必须有足够的长度，弯钩与构造骨架筋绑扎牢固。

钢（5）钢束管道要圆顺，严禁出现局部硬弯，

束张拉时严禁出现抢工期，龄期、强度不足的情

况。

5施工方案

5.1施工总体思路及方案

小半径、在运营繁忙的航道上建造这种大跨、

变宽度桥梁给设计和施工带来了新的挑战。三跨连续梁最简便、成熟的施工方法是在桥位处搭设

而娄江航道繁忙，支架现浇或对称悬臂浇筑施工，

无条件在水中搭设支架。同时由于主桥的结构特

常规对称悬臂浇筑施点，结构弯扭耦合效应明显，

工难度和风险巨大，也没有十足的把握。

设计提出了中跨根据边、中跨施工建设条件，

巧妙和有效的组合利悬浇、边跨现浇的施工方案，

用了两种常规施工方法，避免了在航道上搭设支架施工，将施工过程中边跨巨大的扭矩效应转换由边跨施工支架承受，大大减低了施工难度和风险。

5.2施工方案

主桥中跨采用挂篮节段悬浇施工，边跨采用支架节段现浇施工。施工过程中，边跨支架节段现浇施工始终比中跨挂篮悬浇多浇筑一个节段，以平衡中跨悬浇施工过程中不平衡荷载。在每个主墩墩旁设置支架形成墩梁临时固结。结合施工方案需要钢束配置采用中支点非对称设置。施工主要流程见表1。

6总体计算

根据该项目主桥结构特点，与常规结构验算内容相比，主桥结构总体分析需重点对结构弯扭

剪力滞效应等方面进行耦合效应、箱梁薄壁效应、

验算分析。

设计中总体计算采用了空间单梁模型、平面

166桥梁结构

城市道桥与防洪

表1施工主要流程

2019年5月第5期

序号主要流程描述

主墩（1）安装边跨施工支架、主墩墩顶现浇段托架、（边跨2墩旁支架临时固结，托架上浇筑墩顶现浇梁段

号块至中跨1号块）（2）张拉阶段钢束安装挂篮以及进行悬臂浇筑施工所必需的施工机具

图例

1

2

3

边跨支架现浇3号块，中跨悬浇2号块，在两端对称地张拉相应节段预应力钢束及横向预应力钢束和竖向预应力钢筋

挂篮前移，复张拉前一块件竖向预应力，重复上面的工序，边跨依次支架现浇施工4~19号梁段，对应中跨依次悬浇3~18号梁段，并张拉阶段对应钢束悬浇中跨19号（1）支架上浇筑完成边跨所有梁段，梁段，并张拉对应钢束（2）张拉边跨合拢钢束（1）挂篮前移，浇筑中跨合拢梁段

张拉合拢束（2）解除主墩处的临时固结，

4

5

6

7

（1）拆除施工支架

（2）施工桥面系

梁格法、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设（JTG3362—2018）计规范》附录中空间网格精细化

分析方法，三种分析方法适用性见表2[1]。

表2三种分析方法适用性腹板受

力分配效应×√

薄壁效应

自由扭转××

约束扭转××

匹配现

剪力滞

行配筋

横向效应畸变方法

弯曲××

××

×√

√√

验算方法

单梁模型平面梁格模型空间网格模型

√√√√√√×

限于篇幅有限，本文不再对三种方法的结果进行对比，仅对三种计算方法在该项目中的实用性进行相关对比，供设计人员参考：

使用放大系数、（1）空间梁元模型最为简单，

易有效分布宽度等经验系数考虑箱梁空间效应，

但对于特殊于程序的实现，被广大设计人员接受，

结构经验系数不具有适用性。

（2）梁格模型较单梁模型可更准确反映各片梁的受力差异，反映弯矩在各腹板位置的不均匀性，

但对于抗扭由于闭合截面和非闭合截面有很大区

梁格模型抗别，不能简单地对截面进行拆分叠加，

扭验算不利于直接指导设计，相反单梁模型可以便捷地得到能够直接应用的数据。

（3）在实际操作中，梁格模型由于截面的质心和腹板中心线不能重合，预应力钢束会产生比较

截面抗扭抵大的横向弯矩；拆分为非闭合截面后，

以上两抗矩显著减小，计算扭转剪应力显著增大，

项计算失真，不能用于指导设计。

最（4）空间网格模型从验算内容讲最为全面，

能适应新规范要求，可以实现对箱形截面顶板面内主应力、底板上缘和下缘的横向正应力以及面内主应力等规范新增验算内容的计算，对腹板面内主应力的验算亦可考虑横向框架作用影响。虽然该方法在验算内容方面更加全面，但与配筋建

影响了其“有效性”。立直接联系尚存在较大困难，

应遵循（5）三种验算方法计算结果的对比，“抓

活载效应、钢束纵大放小”的原则，对于恒载效益、

向效应等主要项目可进行对比分析，对于钢束横

徐变效益等验算内容，由向效应、结构收缩效应、

于梁格模型、空间网格模型对原结构进行了“面目

结果不具全非”的等效，结构效应存在较大差别，

（下转第180页）

180防洪排水

城市道桥与防洪

2019年5月第5期

S4=88.1%，年SS总量去除率S5=74%。

b.分区二年径流污染控制率计算见表5。

表5分区二年径流污染控制率表

下垫面类型硬质屋面透水路面及铺装不透水铺装

绿地混凝土及盖板等

雨水径流系数0.90.30.90.150.9

面积/m2140.00030.80035.200389.80022.300

90%85%SS去除率

/%

产生SS浓度（/mg·L-1）

200360220130220

（单位:cm）图3透水铺装做法

绿地去除S1=39767.4，由以上参数，经计算得：

透水路面及铺装去除S2=2827.4，总产生S3=47512.4，低影响开发设施对SS的平均去除率

年SS总量去除率S5=85.1%。S4=89.6%，综上，分区一、分区二年径流污染控制率分别达到74%、85.1%，满足年径流污染控制率65%的要求。

图4溢流式雨水口

4工程设计

该工程低影响开发措施有透水铺装及下凹式绿地方式，做法如图3、图4所示。

中的海绵城市设计，以年径流量控制率及年径流

透水铺污染控制率为控制目标，通过下凹式绿地、

装等低影响开发设施，有效控制污水泵站用地范围内雨水径流及其污染，以期在类似工程项目中能起到一定借鉴作用。

参考文献：

[1]宋璐宁.海绵城市在城市污水处理厂建设工程中的应用[J].中

国市政工，2017（3）:46-48.

[2]车伍，赵杨，李俊奇，等.海绵城市建设指南解读之基本概念与

综合目标[J].中国给水排水，2015，31（8）:1-5.

5结语

本文以污水泵站为例，探讨了污水泵站工程

（上接第166页）有可比性。

情况下大跨小半径变宽度三跨连续梁桥的施工方法问题，给该类桥型在航道及繁忙跨线桥的应用上提供了经验和借鉴。

（4）根据对常用验算方法适用性的对比分析，对于特殊结构，目前尚无法仅利用梁格模型或者空间网格模型计算结果进行结构设计，传统的空

但仍必不可少。文本建间梁元模型虽然有所不足，

议利用梁格模型或者空间网格模型作为补充验算，对空间梁单元模型所采用的经验系数进行修正后进一步验算。

参考文献：

[1]徐栋，赵瑜，刘超.混凝土桥梁结构实用精细化分析与配筋设

计[M].北京：人民交通出版社，2013.

7结语

（1）曲线梁桥线条流畅，能够很好地适应地形、

地物限制的要求，使交通线路的布置趋于合理和

曲线桥都有科学。无论从美学还是经济角度来看，

着重要的现实意义和良好的发展前景。

（2）国内曲线桥梁的跨径大部分在50～60m

该项目填补了国内100m以下，普遍选用等高度梁，

以上特大跨度小半径曲线梁建设空白。

（3）传统的跨航道三跨连续梁桥常采用对称悬臂浇筑施工，该项目中跨采用挂篮节段悬浇施工，边跨采用支架节段现浇施工，成功解决了不断航

CalculationofInternalForceofHole-sideBeambyReverseConstructionMethodHuangChunmei(156)

Abstract:Thehorizontalstructureinthereverseconstructionmethodisrequiredtomeettherequirementsofbearingcapacityanddeformationintheconstructionstageandservicestageatthesametime.Thehorizontalstructureisinthedouble-waystressstateofhorizontalpressurestressandverticalbendingstressintheconstructionstage.Andconsideringthefactorsofexcavatedoutlet,altitudedifferenceanddifferentconstructionmethods,itsstressstateisextremelycomplex.Foralongtime,thehorizontalstructureinthereverseconstructionmethodisallanalyzedthroughtheengineeringexperience,whichisbadfortheprojects.Thispaperanalyzesthedistributionofinternalforceofexcavatedhole-sidebeamveryconcernedinaproject,andintroducesthepracticalinternalforcecalculationformulaofhole-sidebeam.Keywords:deepfoundationpit,reverseconstructionmethod,hole-sidebeam

MechanicalAnalysisonCantileverConstructionofLong-spanCorrugatedSteelWebCompositeBoxGirder

XuTianhua(159)

Abstract:Takinga13-spancorrugatedsteelwebcontinuousgirderbridgeasanexample,thispaperstudiestwokeymechanicalissuesoftemperatureeffectandstressstateinthecast-in-cantileverconstructionprocessofcorrugatedsteelwebcompositeboxgirderbridgebythepracticalmonitoringmethodandthefiniteelementnumericalsimulationmethod.Thestudyresultshowsthattheatmospheretemperaturechangecancausethegirderbodytoproducethenon-neglectfuldisplacementinthecast-in-cantileverconstructionprocessofcorrugatedsteelwebcompositeboxgirderbridge.Thelongitudinalnormalstress

ofconcretetopslaband

baseplatepresentstheunevendistributionintheconstructionprocess,buttheshearstressofwebisevenlydistributedandisnotbasicallyaffectedbythepre-stressingapplication.

Keywords:corrugatedsteelwebcompositeboxgirder,cantileverconstruction,temperatureeffect,shearingforcelag

DesignandConstructionofLong-spanSmall-radiusVariable-widthThree-spanVariableCross-sectionPre-stressedConcreteContinuousGirder

Abstract:LoujiangRiverBridgeisa

ZhouYanfeng,WangLixin,ZhengJiyan,ShiXianfei(163)(83+145+83)-mthree-spanvariablecross-sectionpre-stressed

concretecontinuousbox-girderbridgeonthewaterwayofLoujiangRiver.Ithasthecharacteristicsoflarge-spansmall-radiusvariablewidthstructure.Theconventionalconstructionschemesaredifficultandrisky.Inthisproject,thesegmentcantileverpouringconstructionofformtravelerisadoptedforthemiddlespanandthebracketsegmentcast-in-placeconstructionisadoptedfortheedgespan,whichsuccessfullysolvestheofdesignandconstructionproblemsoflong-spansmall-radiusvariable-widththree-spanvariablecross-sectionpre-stressedconcretecontinuousgirderbridgeunderthecontinuousnavigationconditions.Itis

proposedtousethebeamgrillagemodelorspatialmeshmodelasanaddedcheckingcalculation.Theempiricalcoefficientusedforthespatialbeamelementmodelisfurthercheckedandcalculatedafteramendment.

Keywords:long-spansmall-radiusvariablewidth,design,construction

ApplicationofPileFoundationUnderpinninginOrdosAvenueBridgeExtensionProject

WangXuesong,LiYanna(167)

Abstract:CombinedwiththedemonstrationandimplementationofthepilefoundationunderpinningtechnicalschemeforOrdosAvenueBridgeExtensionProject,thispapersetsforththerelativeinfluencefactorsandtherelevantsolvingmeasuresofpilefoundationunderpinning.Thepreliminaryplanninganddesignofpilefoundationunderpinningshouldstrivetohavetheglobality,foresightandfeasibility,caneffectivelysolvetheconflictingproblemsbetweentheoldandnewstructurefoundationsinthisextensionproject,shouldpayattentiontotheprocesscontrolofengineeringdesignandconstruction,andsynthesizethemultidisciplinarytechnologicalsuperiorityandtechnicalmeans.Theapplicationofpilefoundationunderpinningtechnologyhasachievedthegoodengineeringeffectinthisproject.Keywords:pilefoundationunderpinning,synchronizedjacking,extensionproject

AnalysisandStudyonDiseasesofContinuousGirderBridgeBasedonDetectionResultChenMengda(170)

Abstract:Thispaperfirstlysetsforththepresentsituationofcrackingandthecausesofdiseasesofthevariablecross-sectioncontinuousgirderbridge,andintroducesthesignificanceofcompleteandfurtherdetectionbeforethebridgereinforcement,whichprovidestheintuitiveandcriticalevidenceforthecalculationandanalysisofthediseasecauses.Thentakingafailurebridgeasthebackground,thispaperdescribesthedetectionresultandpreliminarilyanalyzesthecrackcauses,andonthisbasis,analyzesthestressstatusofthepresentstructure.Thispaperspeciallyexplainsthedeficiencyofbearingcapacityandtheextentofoverstressingfromtheviewpointsofbearingcapacityandstressinordertoknowthemaincauseofcracking.Theprocessanalysiscanprovidethesignificantguidanceforthedesignofreinforcementschemeofthesimilarboxgirderstructures.

Keywords:boxgirder,cracking,detection,bearingcapacity,causeanalysis

FLOODCONTROL&DRAINAGE

StudyonDesignSchemeofRainwaterandSewagePumpingStationforPudongInternationalAirportPhaseIIIProject

ChenZhongyuan(174)