连续刚构桥(continuous rigid
车架 bridge),是墩梁固结的连续梁桥,是预应力砼大跨度
梁式桥的主要桥型之一,它集连续梁和T形刚构桥的受力特点于一体,将多跨主梁做成连续梁体,与薄壁桥墩固结成一体。
连续刚构桥分主跨为连续梁的多跨刚构桥和多跨连续刚构桥,均采用预应力混凝土结构,有两个以上主墩采用墩梁固结。典型的连续刚构体系通常对称布置,并采用平衡悬臂施工法建造。连续刚构桥与连续梁桥的特点类似,在局部发生破坏后一般能够保证桥梁整体稳定性,因而整体安全性高。但是局部破坏对全桥内力分布均有重要影响,如果设计不当反而会引发连续破坏。
简述
在连续梁桥中,将
墩身与主梁固结成一体的为连续刚构桥。由于墩身与主梁形成刚架,承受上部结构的
荷载,一方面主梁受力合理,另一方面墩身在结构上充分发挥了潜能。
连续刚构桥是大跨径桥梁建设中常用的一种结构体系,其常用跨径在100~300米之间。当跨径超过100米时预应力混凝土连续刚构可以作为连续梁桥的比选方案。
连续刚构桥综合了连续梁桥和T形刚构桥的受力特点,主梁为连续梁体,并与桥墩固结。在受力特点上连续刚构体系上部结构同连续梁一样,而桥墩底部所承受的弯矩、梁体内的轴力随着墩高的增加而减小。在跨径大而墩高小的连续列刚构桥中,由于体系的温度变化,混凝土的收缩将在墩底产生较大的弯矩。为减小水平位移在墩上产生的弯距值,连续刚构桥通常采用水平抗推
刚度较小的双薄壁墩。
特点
连续刚构是将T形刚构粗厚桥墩减薄,形成柔性桥墩,使墩梁固结、主梁连续形成连续刚构桥,它是T形刚构与连续梁结合的一种新型体系。
连续刚构桥具有如下特点。
(1)连续刚构桥的结构特点是主梁连续、墩梁固结,既保持了连续梁无
伸缩缝、行车平顺的优点,又保持了T形刚构不设支座、无需体系转换的优点,方便施工,而且很大的顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度能很好地满足较大跨径的受力要求。因此它是一种极有生命力的桥梁结构形式,已成为大跨度预应力混凝土桥梁的首选桥型。
(2)柔性桥墩可以适应结构由预加力、混凝土收缩徐变和温度变化所引起的纵向位移,为减小水平位移在墩中产生的弯矩,连续刚构桥常采用水平抗推
刚度较小的高墩和双薄壁墩。当跨越山沟、河谷地形时,可采用单薄壁柔性高墩连续刚构体系;当跨径较大而墩的高度不高时,为增加墩的柔性,常采用双薄壁墩,此外,双薄壁墩还具有削减墩顶负弯矩峰值的作用。
(3)连续刚构桥梁内的内力分布更加合理,合理选择墩的刚度,能够有效地减少主梁内的弯矩,有利于增大跨径。同连续梁比较,在活载作用下,连续刚构的正弯矩比连续梁的小,两者负弯矩较接近;在恒载作用下,两者的弯矩也比较接近。墩梁固结节省了大型支座的昂贵费用,减少了
柱墩基础的工程量,并改善了结构在水平
荷载(例如地震荷载)作用下的受力性能,即各柔性墩按
刚度比分配水平力。
(4)跨径在200~300m范围内,连续梁桥在跨越能力方面、
拱桥在施工简易方面以及
斜拉桥和
悬索桥在经济指标方面都明显不如连续刚构桥。因此,尽管连续刚构桥起步较晚,但却得到了较快的发展。在主跨200~300m范围内几乎被连续刚构桥所垄断。可以说,连续刚构桥的出现,不仅丰富了桥梁家族的成员,也是科技进步的体现。
(5)连续刚构桥的上部结构形式有利于悬臂施工,悬臂施工适合于梁的上翼缘承受拉应力的桥梁形式,因为悬臂施工的受力与桥梁建成后受力较接近。一般采用平衡悬臂浇筑施工。
(6)连续刚构桥薄壁墩是柔性的,因此必须采取防撞措施。
实例
广东虎门大桥辅航道桥
虎门大桥辅航道桥的跨径布置为150m+270m+150m,设计
荷载为汽车——超20级,验算荷载为
挂车——120。桥面净宽30m,6个车道,设有中央分隔带、路缘带和紧急停车带。桥面纵坡3%,横坡2%。按7度设防。该桥已运营超过6年,状况良好,尚未出现任何裂缝。
1998年11月,挪威建成两座特大跨径混凝土连续刚构桥:跨径布置94m+301m+72m的Stolma桥和86m+202m+298m+125m的Raft sundet桥,前者首次将混凝土
梁式桥的跨径突破300m,居世界首位。这两座桥共同的特点是:①主跨中部采用轻质高强混凝土,重度仅为19.5kN/
立方米;②截面为单室箱。底板、
腹板厚度较小;③边跨配重。这两座桥的跨径布置都由地质条件所决定,Stolma桥边跨很小,边、主跨之比仅为0.239和0.312,为解决边主跨重力的不平衡,在94m边跨的37m和72m边跨的53m范围内,
箱梁填以砾
卵石。
Stolma桥选用的方案是基于经济、景观、审美、历史和实际地质情况的考虑,最终采用301m的大跨径,两边跨均很小,且跨径不同。桥梁纵坡设计经过特殊的考虑,两个岛屿的不同高度导致不对称的桥梁曲线。
类型
连续刚构桥。分主跨为连续梁的多跨刚构桥和多跨连续-刚构桥,均采用预应力混凝土结构,有两个以上主墩采用墩梁固结,具有T形刚构桥的优点。但与同类桥(如连续梁桥、T形刚构桥)相比:多跨刚构桥保持了上部构造连续梁的属性,跨越能力大,施工难度小,行车舒顺,养护简便,造价较低。多跨连续-刚构桥则在主跨跨中设,两侧跨径为连续体系,可利用边跨连续梁的重量使T构做成不等长悬臂,以加大主跨的跨径。典型的连续刚构体系对称布置,并采用平衡悬臂施工方法修建。
设计原则
连续刚构桥主跨跨径的确定分跨江河和跨峡谷。跨江河的连续刚桥桥的的主跨跨径是依据江河特征、通道等级以及通过水文计算来确定的。一般来说,江河通航的等级为II~III级,桥梁的主跨跨径为120~150m之间;大江大河通航等级要求高,主跨跨径应选择在200m以上。
(2)箱梁断面尺寸的选择
对于大部分连续刚构桥来说,其横断面基本为箱形断面,箱形断面具有很好的整体性、结构
刚度,特别是其抗扭能力很强。在桥梁
箱梁断面尺寸的拟定时,要考虑连续刚构的受力特性,在受力较复杂且难以通过计算准确掌握其受力状态的区域,应通过加强合理的构造设计来避免出现不利情况,如适当增大根部梁高、增大0号块附近截面
腹板厚度,适当增加普通钢筋的设置和合理的配置预应力钢束等一系列措施,来保证箱梁的构造与结构实际受力状态偏差降到最低。