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国外预应力混凝土连续梁桥的发展
2011-10-18 00:00

  连续梁是一种古老的结构体系,它具有变形小,结构刚度好、行车平顺舒适,伸缩缝少,养护简易,抗震能力强等优点。而在50年代前,预应力混凝土连续梁虽是常被采用的一种体系,但跨径均在百米以下。当时主要采用满堂支架施工,费工费时,限材了它的发展。50年代后,预应力混凝土桥梁应用悬臂施工方法后,加速了它的发展步伐。结构的悬臂体系和悬臂施工方法相结合产生了T型刚构,在60年代,跨径100-200m范围内,几乎是大跨预应力混凝土梁桥中的优胜方案。早期有典型意义的桥梁便是联邦德国1953年建造的胡尔姆斯桥和1954年建成的科布伦茨(Koblenz)桥。然而,这种结构,由于中间带铰,并对混疑土徐变,收缩变形估计不足,又因温度影响等因素使结构在铰处形成明显折线变形状态,对行车不利。因此,对行车条件有利的连续梁获得了新的发展。对中跨预应力混凝土连续梁,在60年代初期,逐跨架设法与顶推法(F.Leonhardt所创建)的应用,对大跨预应力混凝土连续梁,各种更完善的悬针施工方法的应用,使连续梁废弃了昂贵的满堂的施工方法而代之以经济有效的高度机械化施工方法,从而使连续梁方案获得新的竞争力,逐步在40-200m范围内占主要地位。如1962年在委内瑞拉的卡尼罗河上,用顶推法修建的6跨连续箱梁桥是顶推法的代表作,主跨为96m。

  无论是城市桥梁、高架道路、山谷高架栈桥,还是跨越宽阔河流的大桥,预应力混凝土连续梁都发挥了它的优势,往往取代其它体系而成为中选的优胜方案。

  表1-6列出了主跨大于100m的国外预应力混凝土连续梁的建造情况。其中突出桥例,如联邦德国科赫塔尔(Kochertal)桥,桥墩高183m的高架多跨连续梁桥,跨径布置为81+7 x 138+81m,桥面宽31m,仅用8.6m宽单箱截面,箱外挑出长悬臂,每隔7.66m有一斜律支承恐臂桥面板。另一个桥例为英国的奥韦尔(Orwell)桥,总长1286m,主跨为190m的18跨连续梁(46+5x59+72+106+190+106+72+6x59+46m)。它说明了连续梁的连续长跨已超过1000m,它对行车非常有利。在70年代至80年代间,对二百余座主跨大于100m的预应力混凝土梁式桥作过统计,连续梁占总数的50%。

  连续梁桥向大跨度发展,巨型支座(支座反力3.924~9.810MN)的设计制造与支座的养护变成了关键问题。而T型刚构却在这方面具有无支座的优点。60年代后,因人们对铰的作用和如何控制结构变形作了研究,对它的缺陷作了预防措施,所以在60年代后期至70年代,T型刚构还仍是预应力混凝土桥梁的一个主要桥型,如日木在1972年修建了主跨230m的浦户大桥,继而又建成了主跨236m的彦岛大桥和主跨240m的滨名大桥。丹麦、挪威和一些非洲国家在这时期也修建了不少T型刚构,如挪威1973年至1983年,建造了十余座桥,主跨从150-200m左右。但应指出,T型刚构体系在设计中不断改进,逐步与连续梁体系的优点相结合。实际上,60年代修建的联邦德国本道夫桥已初步体现T型刚构与连续梁体系相结合的布置,而且T型刚构的粗大桥墩已被薄型柔性墩所代替,墩宽2.8m,仅为支点梁高的0.28倍(支点梁高为10m)。后续的一些著名桥例也都采用了类似的布置。这样,逐步形成了采用柔性薄墩(墩壁厚度一般为0.2-0.3支点梁高)、墩梁连固形式的连续一刚构体系。连续一刚构与连续刚构体系(或称多跨刚构体系)的/z别在于:后者受力特件属于刚构范畴,而前者梁体部分主要起连续梁的作用,它可归属到连续梁体系的范畴。连续一刚构体系可以分跨中带饺或无饺的两种类型。

  作为等跨布置的连续一刚构体系的典型桥例之一是丹麦在1980年建成的Vejle-Fjord桥,该桥总长1710m,桥跨布置为67.9+14x110+68.75+33.5m,全桥分为四个连续一刚构单元,单元间在第4,8,12跨中用铰连接。中间桥墩高约为44m,墩厚与支点梁高之比约为0.3。边墩高度较小,为减小它的刚度在墩的底部做成铰支承。桥宽27.6m,采用单箱截面。

  预应力混凝土连续梁在中等跨径范围,它更是千姿百态。无论在桥跨布置、梁、墩赴面形式,或是在体系上(吸取其它结构的优点)不断改进桥型布置,例如V形墩的连续梁体系、双薄壁墩连续梁体系。值得一提的是法国的SetubedLogoon桥,主跨130m的五跨连续染,中间墩采用双薄壁结构,双壁相距10m,壁厚仅0.5m。

  预应力混凝土连续梁在40-60m的范围,已可以说占绝对优势。顶推法、移动模架法、逐孔架设法等施工方法经济快速,广泛应用也是关键因素。如瑞士的Beckenried高架桥,总长3048m,标准跨径55m。

  连续梁的横截面形式在小跨径的城市高架桥中,为求最小建筑高度,常选用板式或肋板式截面,而在中、大跨径主要采用箱式截面。但总的发展趋势是尽可能加长悬臂桥面板而选用单箱截面,以达到快速施工的目的。在这种单箱截面的结构中,往往采用三向预应力工艺。

  预应力混凝土连续梁用干城市桥梁,为充分利用空间,并改善交通的分道行驶,已建成不少双层桥面的型式。在这方面的一个突出例子是1980年在维也纳市多瑙河上新建的帝国(New Rei-chs)桥。该桥为10跨,主跨为169。61m,横截面为两个分离并列的单室箱梁,箱顶面为公路桥面,箱内通过地下铁道,箱外挑出人行道,地下铁的车站设在桥上,为方便乘客上下,箱壁在每跨上开有五个大洞。这座桥另一特点是采用部分预应力混凝土设计理论的概念进行设计,在桥轴方向施加有限预应力,在顶板及底板的横向施加部分预应力。

  部分预应力的概念现已逐步为工程师们所接受,已开始在一些大跨预应力混凝土梁式桥上应用,井已有明显的成效。其主要原因是增设非预应力钢筋降低预应力值能较大地改善结构的使用性能。

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