浅谈T形刚构桥

Discussion on \"T \" Shaped Rigid Frame Box Girder Structural Characteristics And Construction

浅谈“T”形刚构桥箱梁受力特点与施工

张永海

摘要：盘县红果至两河快速通道竹箐河大桥采用左右分幅设

计，半幅宽度为1700cm，全桥跨径为（67+120+67）米的预应力连续刚构梁桥，上部结构采用变截面单箱单室结构，箱梁顶板宽17.0米，底板宽8.0米，翼缘悬臂长4.5米，箱梁高度（梁高以裸箱梁低侧腹板处箱梁顶面到箱梁底面的距离计）在主墩与箱梁相接的根部断面梁高为7.5米，现浇段和合拢段梁高均为3.0米，其余梁底下缘按2.0米次抛物线变化，0号梁段总长13米，与墩身对应的8米范围内等梁高(7.5米)，两边各2.5米范围内位于抛物线上，每个县浇“T”纵向对称划分为13节段，梁段及梁段长从根部至跨中分别人6X3.5m、7X4.5m，节段悬臂节段最大重量2312KN。边、中跨合扰段长均为2m，边跨现浇段长5m，箱梁采用C50混凝土。0号段施工拟在墩顶预埋牛腿支承的托架上进行，预埋牛腿及托架应认真设计验算，保证其有足够的强度及刚度。0号梁段浇筑完后在上面拼装挂篮，悬臂段采用挂篮施工方法进行施工。边跨现浇段采用支架施工，中跨现浇段采用吊架施工。

关键词：竹箐河大桥；箱梁内力特点；挂篮施工；

Summary: PanXian HongGo to Two River quickly channel ZuJing River Bridge used around points site design, half site width for 1700cm, full bridge span for (67+120+67) m of

prestressed continuous just structure beam bridge, upper structure used variable section single box single room structure, box beam roof wide 17 m, backplane wide 8 m, wing margin hanging arm long 4.5 m, box beam height (beam to nude box beam low side abdominal plate Department box beam top surface to box beam end of surface of distance meter) in main Pier and box beam touches of roots section beam for 7.5 m, Cast-in-place segment and closure section beam average is 3 meters high, remaining beam under margin by 2 m times parabola changes, No. 0, beam paragraph total long 13 m, and Pier body corresponds to of 8 m range within, beam (7.5 m), on both sides the 2.5 m range within is located in threw real line Shang, each county poured \"t\" vertical symmetric Division for 13 section paragraph, beam paragraph and the beam long from roots to across in the respectively people 6X3.5m, and 7X4.5m, section paragraph hanging arm section paragraph maximum weight 2312KN. Edge, cross-talk in length 2m side cast long 5m, box girder concrete C50. Construction of Pier top will fit in the embedded, No. 0 bracket support bracket, checking computation of embedded bracket and bracket should be carefully designed to ensure sufficient strength and stiffness. Segment No. 0, after pouring out at the assembled above cradle, cantilever

construction method for construction of hanging basket. Cross in-situ construction, construction of cast in place using hanger.

Key words: ZuJing River Bridge; characteristics of inner force of box girder; construction of hanging basket

“T”形刚构桥：是一种具有悬臂受力特点的梁式桥。指从墩上伸出悬臂，跨中用剪力铰或简支挂梁组合而成，因墩上在两侧伸出悬臂，形同T字，故称此名。在预应力混凝土结构中采用悬臂施工方法可做成比钢筋混凝土结构中长得多的悬臂结构。 T形刚构桥最基本的形式有两类：

1、 带中间铰的T形刚构桥（如图a）; 2、 带中间挂梁的T形刚构桥（如图b）;

中间铰搭板a)挂 梁b) 第一种形式存在着铰构造复杂的缺点，在徐变和日照温差影

响下，铰内产生经常的剪力和整个结构的次内力，尤其是预拱度设臵不当时，将使桥面纵坡呈折线形，对外观及行车带来不利，故在我国设计中极少采用。

第二种形式在我国虽然修建的较多，但也存在T形刚构悬臂端的徐变挠度较大的缺点，并且在挂梁两端的伸缩缝装臵易于损坏，从而将带来外观和行车不舒适的问题，故近年来这种桥形在我国也逐渐较少修建。

盘县两河至红果快速通道项目，K15+195.5竹箐河大桥为66+120+66m预应力连续刚构桥，桥梁全长268.30米，桥梁跨越竹箐河两岸峭壁，最高墩桩高43.80米，桥梁造型美观，有“一桥飞跨南北，天堑变通途”的美学感观。 。

T形刚构桥孔径布臵：对于预应力混凝土T形刚构桥，在一般情况下，其中孔按等跨布臵，边孔跨径比中跨稍小，其跨径L1=（0.75~0.85）L；挂梁长度Lg=(0.2~0.5)L，当主孔跨径较大时，取较小的比值，但在任何情况下，挂梁跨径不宜超过35~40m，以便安装。

悬臂梁截面形式及尺寸拟定：T形刚构桥的县臂梁一般采用变高度的箱形截面，如图1-2所示的是几种常用的截面形式。单箱单室和单箱双室截面适用桥面不太宽的桥梁，双箱单室和双箱双室截面适用于桥面较宽的桥梁，但后者受力不太明确，且计算相对复杂一些，因

此，工程中常将宽设计成两幅分离式的单箱单室或单箱双室截面的桥梁，并且这样的设计也便于采用悬臂法施工。

a)b)c)d)箱梁横截面的主要尺寸可参考表1拟定。 箱形截面参考尺寸表

表1

梁宽 （m） B1 悬臂长 （m） L1 梁顶宽 （m） B 顶板厚 （m） D1 ≥0.15 底板厚 （m） D2 0.2~2.5 腹板厚 (m) δ ≥0.22 2.5~6.5 2~5.5 B=B1+2L1 顶板悬臂根部厚度 （m） H1 顶板悬臂端部厚度 H1B（m） H2H2 δD20.2~0.6 0.08~0.10 B1H（h)D1L1

表1续

指标 国内 国外 支点梁高与跨度之比 H/L 1/10~1/18 ①1/14~1/22 ②1/17~1/21 支点腹板总厚度与行车道宽度之比 Σδ/B 1/10~1/14 1/13~1/19 1/14~1/17 支点腹板厚度与梁度之比 δ/H 1/16~1/20 1/15~1/20 1/16~1/21 注：表中①代表跨径L≤100m；②代表跨径L＞100m。

竹箐河大桥箱梁截面尺寸如下图所示：

2017004530459090250200602002502102202108080800、

单位:cm

内力计算：

一、 计算特点：带挂梁的T形刚构桥属静定结构，没有次

内力产生，故其计算相对简单些，其计算内容与一般梁式桥大体相同，但应注意以下几个问题： 1、 高墩的稳定验算；

2、 悬臂梁因徐变和温差影响产生的徐变变形计算； 3、 荷载横向分布的计算；

4、 并联两箱间桥面板横向内力计算； 5、 牛腿计算等。

本篇文章仅针对盘县两河至红果快速通道竹箐河大桥为例，

对竹箐河大桥单箱截面悬臂梁的荷载横向分布进行计算：

箱形截面梁通常取它作为一个整体来进行分析，故偏心车辆

荷载对其内力的影响仍可用荷载（或内力）增大系数ζ予以考虑，即按下列公式进行计算：

连续梁一般采用抗扭刚度较大的箱形截面，对于混凝土结构

可以近似地忽略其周边的畸变变形。在此前提下，偏心荷载作用于桥面上时，将使截面发生下挠和刚性扭转等两类变形，下图a)、b)分别示出了单位集中力（p=1）和单位扭转力矩(T=1)作用于中跨跨中截面中心位臵时，所产生的垂直挠度ω和扭转角θ。图e）为这两种工况合成以后，在跨中截面上所产生变形的形状，以左侧腹板底端1号点的挠度最大，右侧腹板底端4号点最小。如果荷载偏臵于桥面中心的右侧，则截面的挠度和扭转角形状将与上述情况相反。也就是说，1号和4号点都有可能达到最大垂直位移。

现在来研究图f）的荷载横向分布情况。在跨中截面偏心地

布臵了n行车中的2n个车轮，每个车轮重P/2(图中的n=3行车)，其合力为nP，合力偏心距为e。对照图e)不难计算出此时1号点的最大垂直位移ωmax为：

了 ωmax＝nP[+e（bθ/2）]

式中：b—两侧腹板间的中距

如果桥面上只布臵了一行车中的两个车轮，且对称于

桥面中心线，如图h)所示，则此时的n＝1,e＝0，代入上式便得相应的均匀下沉挠度ωP，其值为：

ωP＝P

h)的布臵工况也能产生ωmax的变形；

由此不难理解，欲使图

亦即令箱形截面的1号和4号点同时达到ωmax值，则需将它的荷载P增大ζ倍，它可表为：

ζ＝ωmax/ωP＝n[1＋(b.e)/2(/)]

上式中的ζ便是所要求的荷载（或者内力）增大系数。同理，可以求算连续梁中的任意一跨（包括边跨）的增大系数ζi。

P＝1T＝1a)L1LP＝1ωL1b)c)T＝1θ

P＝1e＝1d)1号b/2P＝1b/24号e)T＝1ωb2θθ

nPeP/2P/2P/2P/2P/2P/2f)1号b/2nPb/24号g)T＝npenpωθnpe(b2)npe.θh)Pω

1、 T形刚构桥悬臂梁梁端的计算

T形刚构桥上的悬臂梁与固端悬臂梁同属静定结构体系，当二者截面尺寸完全相同、自由端同时施加单位力P＝1时，在根部截面所产生的内力完全相同，但前者在自由端的垂直挠度却大于后者/

，如图所示。

P=12L1w'L1M图Q图a)b)c)P=1L1M图L1Q图d)e)f)

因此，在计算T形钢构自由端的单位垂直挠ω度时，应该按照固端悬臂图（b））进行计算。对于变高度悬臂梁则应用有限元程序计算。 2、 T形钢构桥悬臂梁梁端的计算

仍然取图A所示的固端悬臂梁图进行计算。为了简化计算，可以忽略端横隔梁或中横隔梁对截面抗扭刚度的影响。对于变高度悬臂梁，单位扭转力矩T=1作用下的扭转角值可用总和法公式或编制相应德的小程序来完成计算。根据所划分的段位长度△Si的具体情况，应用相应的公式计算。

IT0T=1ITiθITmm10S12i-1Siii+1SmSi+1

（1） 当单元长度△Si不完全相等时，则为 ΔSi+1）/ITi]

（2） 当△Si=△S=常值时，则为 1/2G[ΔSi/ITO＋ΔSm/ITm＋（ΔSi＋

i1m1ΔS/2G[1/ITO＋1/ITm＋21/ITi]

i1m1 式中：G—材料的剪切模量 m—所划分的单元数

ITi—i号截面的抗扭惯矩（i=0,1,2〃〃〃，m），对于单 箱多室截面，也可以近似地忽略中间腹板的影响，均

按单箱单室截面的公式计算，对于图中的ITm可以按与端横隔梁毗邻的截面尺寸计算。

式中其余参数与连续梁的完全相同。将诸已知值代入

该式后，便可以计算出T形钢构桥悬臂梁段的荷载（或内力）增大系数ξ。

这里补充说明二点：①挂孔T形梁的荷载横向分

布系数计算与一般简支T形梁的计算方法相同；②作用于挂孔上的荷载虽然通过各T形梁的支座再传递到悬臂梁上的，但其合力点距桥面中轴线的偏心距e没有改变，故对悬臂梁上的荷载横向布臵与常规布臵方式无异。

悬臂梁挂篮施工：1、在墩、台顶安装盆式橡胶支座，墩顶浇筑临时支座；

2、 墩顶立模浇筑0号块件，完成悬臂施工的临时锚固；

3、 桥墩两侧搭设支架浇筑1号及2号块件，形成临时T构；

4、 在0号、1号、2号梁段上拼装挂篮，从3号块起用挂篮分段悬臂浇筑13号块；

5、 于台前搭设支架、支模浇筑边跨支架现浇段的中段，对支架进行预压； 6、 浇筑边跨现浇段的边段；

7、 浇筑边跨合拢段，分批按指定吨位及顺序张拉边跨顶板束及部分边跨底板束，拆除临时支座； 8、 浇筑中跨合拢段，分批按指定吨位及顺序张拉部分中跨底板束及其余边跨底板束； 9、 二期恒载加载，张拉其余中跨底板束，完成

全桥工程。

体系转换是一个十分重要的环节。悬臂施工结束后，悬臂端在温度变化、日照、风力影响下会发生纵向伸缩、竖向挠曲及水平向偏移变形。在合拢段预应力钢束张拉之前，尤其是混凝土浇筑初期，这些变形可能导致混凝土开裂，体系转换的施工工艺应保证合拢过程中适应这些变形，才能避免裂缝出现。

在边跨合拢工艺上应选择恰当的合拢期，宜在一日中悬臂端标高最高时（一般在清晨），用支撑撑住悬臂端使其不能上翘，也不能下挠，这样既避免了悬臂端竖向位移，又无需庞大的压重。此外，在合拢段支架下端设滚轴，消除纵向变位产生的内力。浇筑混凝土及预应力筋张拉的时机均应有选择地按预定步骤进行。混凝土浇筑的时机按开始进入日低温稳定期混凝土初凝的原则确定开盘时间。混凝土浇筑的次日气温回落前张拉一部分顶板和底板束，使合拢段混凝土受到与其强度发展相适应的预压应力，以抵抗次日降温收缩应力。抵抗降温拉应力的钢束，不在混凝土浇筑前而在浇筑次日温度回落前张拉。混凝土强度达到设计强度的80%时再张拉与第二阶段体系转换相适应的部分边跨顶、底板束。

中跨合拢要保证合拢段在混凝土初凝前浇完，不强求浇筑过程中悬臂端标高不变，可省去为保持浇筑前后标高不变而采用的水箱或其他压重。混凝土强度达到设计强度80%后张拉一部分中跨底板束及其余边跨束。二期恒载部分加载后继续张拉其余中跨底板束，完成任务体系转换。