梯形螺紋的數車加工方法改進研究

王飛飛

摘要：目前世界各大國橋梁設計水平特別是連續剛構橋梁設計水平均比較高，但各國在橋梁設計理念上卻存在千差萬別。文中主要介紹中、法、美、日四個國家在連續剛構橋梁設計過程中，通過邊-中跨比、梁高、合龍段設計三個方面存在差異的對比，闡述四國在連續剛構橋梁設計理念上的差異，總結優缺點，為橋梁設計工程師提供設計思路及建議，少走彎路，爭取中國早日實現“橋梁強國夢”。

Abstract： At present， the design level of bridges， especially the continuous rigid frame bridges in the world's major countries is relatively high， but there are many differences in the concept of bridge design in each country. This article mainly introduces the differences in the design of continuous rigid frame bridges in China， France， the United States， and Japan through comparison in side-to-span ratio， beam height， and closure section design， sums up the advantages and disadvantages， to provide design ideas and suggestions for bridge design engineers， and strive for China's early realization of the "Bridge Power Dream".

關鍵詞：連續剛構橋;邊-中跨比;梁高;合龍段

Key words： continuous rigid frame bridge;side-to-span ratio;beam height;closure section

中圖分類號：U448.23? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）04-0134-02

0? 引言

伴隨著我國現在社會經濟與科技的不斷發展和進步，我國的交通行業特別是橋梁設計也在快速向前發展。連續剛構橋是上世紀50年代發展起來的預應力混凝土橋梁結構，隨著建筑材料、施工技術、計算手段的發展與進步，施工經驗和結構分析理論的不斷豐富，預應力橋梁逐漸顯示出其優越性，被廣泛應用。連續剛構橋梁作為梁橋的一種結構型式，該橋型憑借跨越能力大、受力合理、施工方便、養護費用低、結構美觀等諸多優點逐漸得到我國乃至世界各國的普遍認可，在中大跨徑橋梁結構設計采用上占比較高。連續剛構橋梁是墩梁固結的連續梁橋，分主跨為連續梁的多跨剛構橋和多跨連續剛構橋，是在連續梁橋和T型剛構橋的基礎上設計出來的一種新式梁橋橋型，均采用預應力混凝土結構。

1? 設計理念

橋梁的建設離不開理論設計，但受到各種因素的影響，各施工階段的理論設計值與實際施工數據存在一定偏差。因此，橋梁工程師應當在施工過程中，逐步修正理論設計值，避免誤差累積越來越大，只有這樣才能使連續剛構橋在設計上的優勢充分體現出來。連續剛構橋梁的設計理念是建立在以往橋型設計的基礎之上，并不斷創新和改善，逐漸趕上了新時代的發展步伐，滿足了社會的需求。

1.1 邊-中跨比? 連續剛構橋相比連續梁橋在選擇邊-中跨比方面有更大的自由度。眾所周知，對于連續剛構橋梁來說，合理的邊-中跨比是橋梁孔跨布置中相當重要的參數。邊-中跨比一般控制在0.5～0.8之間。過小則需要設置負反力支座或配重，對于連續剛構橋梁來說需要采取相應的措施來改善主墩受力，一般采取中跨合龍前頂推主梁、改變預應力鋼束張拉順序等措施。

對于懸臂澆筑的連續剛構橋梁來說，邊跨需要考慮是否搭設支架現澆，邊跨長度不宜設置過長。從受力角度來看，邊跨過長，主梁剛度就小了，預應力鋼束的用量就相應增加，工程造價隨之增大。因此，連續剛構橋梁的邊-中跨比一般設置在0.52～0.6之間，在具體設計時中、法、美、日四國連續剛構橋梁的邊-中跨比設計各不同。

中、法、美、日四國連續剛構橋梁的邊-中跨比一般設計如下：

中國：11000/21000=0.52;法國：6465.8/10709=0.60;美國：70/140=0.5;日本：80.4/150=0.54。

可以看出只有美國標新立異，將連續剛構橋梁的邊-中跨比設計為0.5，這樣就不得不在邊跨支座處采取負反力措施，避免出現支座脫空。但是，采用0.5的邊-中跨比值，對于施工的便利性僅是可以直接采用掛籃澆筑完成邊跨，不需要再設置邊跨現澆段，減少施工工序，節約成本。

因此，在邊-中跨比值這個問題上，美國是獨具一格的。中國、歐盟中的代表法國以及日本是處于同一戰線上的。從施工便利性角度綜合考慮，邊-中跨比值控制在0.54～0.58范圍內為宜。

1.2 梁高設計? 在連續剛構橋梁的設計中，主梁一般采用變截面箱形結構，主梁高度的變化是通過梁底曲線來實現的，通常情況下都采用拋物線的形式，也有采用圓弧線、折線以及懸鏈線等曲線線形。

連續剛構橋梁主梁的正應力、剪應力和撓度隨著高跨比的增大是不斷減小的?；炷劣昧?、鋼絞線用量、普通鋼筋用量、后期混凝土收縮徐變與主梁高度息息相關。梁高的設計選用必須在受力與經濟上找到平衡點，既受力合理，又使經濟節約。如表1所示，為中、法、美、日四國連續剛構橋梁的主跨跨徑、支點及跨中梁高設計參數對比。

通過表1可以看出，中國、法國和日本的支點梁高/主跨均在1/16～1/17之間，而美國的支點梁高/主跨約為1/20。中國國內早期經驗不足時設計的連續剛構橋梁，支點梁高/主跨基本在1/18～1/20范圍之內。但是由于連續剛構橋梁梁體腹板斜裂縫、跨中下撓過大等病害不斷出現，而且很嚴重，在設計時均考慮增加支點處梁高?？缰辛焊咴诤芏鄷r候還是保留了原有的設計習慣，一般在2m左右徘徊。示例中的這座橋在國內公路行業屬于頂尖設計，獨樹一幟，讓人高興的是跨中梁高設計采用了4m。因此，跨中梁高/主跨的設計一般在1/30～1/50之間。

混凝土收縮與應力狀態無關，但徐變與應力狀態密切相關。結構設計計算的徐變變形一般只考慮了施工過程中荷載以及恒載的影響，沒有考慮車道荷載和非線性溫度的作用。與此同時，收縮徐變理論并不完善，尚無準確理論計算模式。甚至于國內鐵路有關規范都沒有給出混凝土收縮徐變的相關計算公式。

跨中梁高與支點梁高的比值，法國和日本的比較接近0.5，這與我國國內鐵路連續梁橋的設計理念類似，同時鐵路連續梁橋的病害較少，這或許也是其中一個重要因素，值得深入研究。

我國國內設計的這座橋，跨中梁高采用了4m，但是還是在這幾個國家中采用最小的，美國則被夾在中間，腹背受敵。值得高興的是，在法國《Prestressed concrete bridges built using the cantilever method-Design guide》一書中給出了梁高的計算公式。在設計過程中可以借鑒書中梁高計算結論，并通過實際施工加以驗證，總結梁高設計經驗，更好地指導實踐。

1.3 合龍段設計? 對于合龍段設計的理念上，中跨合龍的概念各國均有，這個是毋庸置疑的。論文示例橋梁中，中法兩國設置邊跨合龍段，而美日兩國沒有設置邊跨合龍段，但日本也有設置邊跨合龍段的橋梁。美國設計的剛構橋梁邊-中跨比只有0.5，肯定是沒有設置邊跨合龍段。

連續剛構橋梁體系轉換有兩種方式：一是先邊跨合龍后再合龍中跨，簡稱先邊后中;二是先中跨合龍再邊跨合龍，簡稱先中后邊。目前國內連續剛構橋梁合龍方式大多數采用先邊后中，能夠有效減小結構中的溫度應力和易于控制合龍過程中的變形。

有的時候當邊墩（或過渡墩）墩高過高，為了不在邊墩（或過渡墩）設置現澆支架，也有先合龍中跨，再施工邊跨超長段，最后邊跨采用托架現澆的方式完成橋梁施工。先中后邊施工，中跨各個梁段混凝土會因溫度作用產生應力，此時除中跨合龍段外，其余各梁段混凝土均已達到設計強度，并施加了預應力，因而能承受溫度應力。中跨合龍段混凝土在未達到設計強度前不能承受溫度應力，因此必須采取相應措施使合龍段不受力，如采取體外支撐、臨時約束、降溫、添加U型微膨脹劑等，且應在合龍段施工中選擇合理的澆筑時間。

合龍段構造措施是體系轉換成敗的關鍵，在設計與施工中應給與高度重視。首先，合龍段長度盡可能設計短一些，減小合龍段收縮量。然后對合龍段采用勁性骨架約束鎖定。連續剛構橋跨中合龍段兩側設置橫隔板，能夠平衡跨中合龍段徑向力和增強箱梁抗扭剛度，對合龍段底板非常有利。

2? 結論

結合中、法、美、日四國懸臂現澆施工的連續剛構橋梁的設計特點，得出以下總結。

采用合理的邊-中跨比，取消邊跨合龍段，但是也不能采用美國的設計方法，主要是避免設置抵抗負反力措施。

依然保留邊跨的現澆段，為了在施工時不采用支架現澆，邊跨不平衡段長度較短時可以采用托架施工，類似日本連續剛構橋梁設計理念。如果不平衡段稍長時，可以先合龍中跨再用掛籃施工邊墩（或過渡墩）托架所無法承受的梁段。

增加跨中主梁高度，調整整個梁體的應力狀態及分布，是解決連續剛構橋梁跨中下撓嚴重等病害的一個有效措施。

另外，采用空腹式剛構、高性能混凝土或UHPC、索輔梁、體外預應力、跨中平束、跨中采用鋼箱梁或組合梁、節段梁（附加體外預應力鋼束）等設計方法也是解決現有連續剛構橋梁混凝土病害的常規思路。

參考文獻：

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