02 预应力砼连续刚构公路桥总体设计及主要尺寸

桥梁设计参考资料之二

预应力砼连续刚构公路桥

总体设计及主要尺寸

中交公路规划设计院编

目录

1连续刚构桥的适用范围-------------------------------------------------1

2 连续刚构与连续梁的混合体系-----------------------------------------1

3 墩高对连续刚构桥的影响-----------------------------------------------1

4 孔跨布置--------------------------------------------------------------------2

4.1三跨连续刚构---------------------------------------------------------2

4.2 两跨T构--------------------------------------------------------------3

4.3多跨连续刚构---------------------------------------------------------4

4.4小边跨连续刚构------------------------------------------------------4

5 主梁构造与尺寸-----------------------------------------------------------6

5.1箱梁高度---------------------------------------------------------------6

5.2 箱梁顶、底板和腹板厚度-----------------------------------------9

5.3箱梁横隔板-----------------------------------------------------------10

6 主墩构造与尺寸----------------------------------------------------------10 6.1设计原则---------------------------------------------------------------10 6.2墩身结构型式及尺寸------------------------------------------------11 6.3墩身设计参数的优化------------------------------------------------12 6.4部分连续刚构桥主墩S值和b值---------------------------------12 6.5桥墩防撞设计---------------------------------------------------------13 6.6桥墩抗渗设计---------------------------------------------------------13 7其他方面-------------------------------------------------------------------14 7.1箱梁的管养、检修通道---------------------------------------------14 7.2 箱内泄水孔-----------------------------------------------------------14 7.3 箱内通气孔-----------------------------------------------------------14 7.4 梁段结合面上剪力齿-----------------------------------------------14 7.5 预留更换支座的空间-----------------------------------------------15

预应力砼连续刚构公路桥总体设计及主要尺寸

1 连续刚构桥的适用范围

PC连续刚构桥主跨跨径超过200m后，不仅主梁因梁高较大导致恒载过大、受力不好，而且经济指标也不好。主跨超过200m时，PC部分斜拉桥（也称矮塔斜拉桥）优于连续刚构桥，因为其主梁根部高度约为连续刚构桥主梁根部高度的一半，桥梁景观也较好。主跨在200m～300m之间，应首选部分斜拉桥。即使跨径在150m～200m之间时，也应对这两种桥型进行比较，择优选用。

以上系指按三跨对称布置的连续刚构桥或部分斜拉桥。当为两跨等跨布置时，则成为单T刚构桥或独塔部分斜拉桥。单T刚构桥的跨径一般不宜大于130m；两跨部分斜拉桥适用跨径为100m～180m。

2 连续刚构与连续梁的混合体系

国内已建成的连续刚构桥的连续总长度已突破1000m。重庆黄花园大桥为137+3×250+137≈1024m；东明黄河大桥为75+7×120+75=990m。所以，连续刚构桥的连续长度可以达到1000m。但是，连续长度过大，靠两边的几个桥墩因远离温度变形0点，将产生较大的水平位移，桥墩受力很不利。国内外一些较长的大跨度梁桥，采用中间区段为连续刚构，两边区段为连续梁的混合体系，结构受力合理，称为刚构—连续梁。缺点是连续梁部分要设置大吨位支座，使用期需进行更换。

3 墩高对连续刚构桥的影响

连续刚构桥为高次超静定结构，温度与砼收缩、徐变将产生次弯矩。当主墩

较矮或抗推刚度较大时，对纵向地震影响不利，在墩顶还会出现较大的拉应力。需要利用桥墩较小的抗推刚度（双壁墩bh3E/（2L3））来降低上述次弯矩。一般情况下，墩身高度宜大于主跨跨径的1/10，否则应采取措施降低次弯矩。例如：

1.1 在满足抗弯和稳定的前提下，减小墩身顺桥向厚度；

1.2采用群桩基础，计入桩基柔度对墩身的影响；

1.3利用边跨合拢前后的刚度变化对主梁进行加卸载，以改善墩身的受力；

1.4将中跨底板预应力长索分三段锚固。其中两段在中跨合拢前锚固，一段在合拢后锚固，以减小底板束产生的次弯矩和砼收缩、徐变内力；

1.5对于个别很矮的桥墩，不用墩梁固结，采用墩上设置活动支座。

矮墩连续刚构桥的实例：

主跨190m华南大桥，主墩墩身高度为11m，东明黄河大桥主墩高度9.1m～12.3m；某城市立交桥，跨径为36+58+90+58m，主墩高度为7.25m～8.18m；湖北翟家河大桥，跨径为85+160+85m，两个主跨高度分别为16m和95m。

4 孔跨布置

4.1三跨连续刚构

设中跨为L，边跨为L1及L2。L1＝ L2时为对称布置，L1≠L2时为非对称布置。正常情况下，一般可取L1＝/L（及L2 /L）=0.52~0.60较为合适。边跨大或小各有利弊，分述如下。

4.1.1边跨较小的优点

⑴边跨现浇段长度较短，对施工有利。当边墩台较高时，可用导梁、托架

或挂篮前推作为支架，现浇段可以不用落地支架。

⑵边跨主梁端附近主拉应力较小，对防止箱梁腹板出现斜裂缝有利。

⑶边跨满布活载，中跨空载时，对中跨受力有利。

⑷当中跨长度一定时，边跨较小，则主桥长度较短。

4.1.2边跨较小的缺点

⑴边跨过小时，如边支承出现负反力，需采用拉压式支座或在边跨主梁内加配重的措施，边墩台的受力不好。

⑵边跨较小时，主墩靠岸一侧的单柱轴力较小，另一单柱轴力较大。故外立柱的偏心距大，将产生较大拉应力。但可采取下述措施克服这个缺点：

①边跨合拢前，在边跨大悬臂端加压重，边跨合拢后卸载。结构分析表明，卸载后，外立柱仍可获得因加压增加压力的90%。

②中跨合拢前顶推主梁，使主墩向岸方向产生水平位移，然后锁定中跨合拢段，再浇边跨和中跨的合拢段砼。顶推力应根据计算确定。

③改变中跨底板纵向预应力钢束的张拉程序。一般是在中跨合拢后才张拉中跨跨中附近的底板钢束，这时将引起墩身弯矩，此弯矩与恒载墩身弯矩方向相同，对墩身受力不利。改为将部分底板钢束在中跨合拢前张拉，可减小墩身的弯矩。

边跨较大时的优缺点，与上述边跨较小的优缺点相反。

4.2 两跨T构

两跨T构多采用等跨布置，对结构受力有利，也方便进行对称施工。例如贵州省贵毕公路小阁丫大桥，跨径138.1+138.1m。0号梁段长16m，挂篮悬浇梁段长度为110.5m（一侧）靠桥台16.6m长为现浇梁段，合拢段长3m。

有时受地形限制，也可以采用不等跨布置。小跨与大跨跨径之比，不宜过小，否则对桥墩受力不利。一般宜大于0.8。例如贵州省崇遵公路两岔河大桥，由于某种特殊原因，跨径为132m+126m。小跨与大跨之比0.955。0号梁段长16m在托架上现浇，2×105.5m用挂篮悬浇施工，先合拢小跨端部12.5m梁段，然后再将大跨悬浇一个4.5m的梁段，最后浇筑大跨合拢段（亦为现浇段）长14m。

两跨T构，由于悬臂浇筑施工过程，悬臂长度大，主梁根部负弯矩大，导致主梁梁高较大。在三跨正常布孔其中跨跨径与两跨T构跨径相同的情况下，后者主梁根部高度约为前者的1.6倍。所以，如果桥长相等，后者往往造价较高。对于两跨T构方案，要注意进行经济技术分析。

4.3 多跨连续刚构

四跨或四跨以上，可以对称布置，也可以非对称布置。中间1跨或几跨为主跨，跨径相等。边跨跨径一般逐渐减小。相邻两跨如跨径不等时，小跨与大跨之比，正常情况下不宜小于0.52。上限则比较灵活，有的桥达到0.8。以下是几座四跨或四跨以上连续刚构的孔跨情况，可供参考。

广东洛溪大桥：65m+125m+180m+110m，连续长度480m；

贵阳小关大桥：69m+125m+160m+160m+112m，连续长度626m；

福建石崆山高架桥：60m+115m+155m+115m+115m+115m+65m，连续长度740m。

四跨或四跨以上连续刚构的一个重要特点就是：大跨与小跨对应的悬臂施工T构的长度不相等，出现大T和小T，设计和施工都更复杂一些。

4.4 小边跨连续刚构

有时受地形或其他条件限制，可能出现很小的边跨，其跨径与相邻较大跨径

之比小于0.5。对桥墩和主梁受力不利，设计有下述两种处理措施：

4.4.1 当小边跨梁端的负反力较大，难以消除时，采用基础锚碇的方法平衡负反力。例如：

⑴四川省泸州长江二桥，孔跨布置为145m+252m+54.75m，小边跨箱梁通过

5.25m长的合拢段与桥台刚性连接。按锚碇桥台设

计，布置18根方形锚桩，通过设在锚桩内的

竖向预应力束将桥台可靠地锚于基岩中。桥

长26m，与箱梁结构一致，两端加隔板，箱内

用浆砌石填心，小边跨的纵向预应力束锚于

尾。桥台为三向预应力结构。桥台构造见图1

⑵贵州省关兴公路落拉河大桥，孔跨布置为40m+166.5m+97m。40m小边跨采用大截面等高度箱梁，并在梁端布置4排预应力锚杆。锚杆用32精轧螺纹钢筋，锚入基岩内10m，在梁顶张拉。锚杆纵向间距100cm，横向间距180cm，每根锚杆张拉力320KN。

4.4.2当小边跨跨径不是很小时，采用大、小T和调整边跨构造尺寸的方法协调恒载分布，以改善边主墩的受力。例如：

⑴云南省三界怒江大桥，孔跨布置为55+138+95m，小边跨55m与中跨138m 的比值为0.399。设计采取的协调措施是：主桥由一个100m小T和一个176m大T组成，使小边跨端部不出现负反力。小边跨箱梁仍按正常情况进行结构设计。

⑵贵州省思南岩头河大桥，孔跨布置为53.5m+128.5m+92m，小边跨53.5m 与中跨128.5m的比值为0.416。设计亦采用大、小T的方式协调内力。小边跨端部为正反力，箱梁按正常情况进行设计。靠小边跨的主墩较矮，墩顶截面出现不大于3MPa的拉应力，布置竖向预应力筋。

5 主梁构造与尺寸

5.1箱梁高度

连续刚构桥几乎都采用变高度箱型断面，故仅对箱型断面进行论述。

5.1.1 三跨对称布置时的主梁高度

⑴主梁根部高度

早期设计的连续刚构桥，主梁根部高度多为L/18～L/20（L为中跨跨径，下同）。

表1部分早期连续刚构桥主梁根部高h

桥名孔径（m）h（m）h/L 建成时间虎门大桥辅航道桥150+270+150 14.8 1/18.24 1997

黄石长江大桥162.5+3×245+162.5 13.0 1/18.85 1995

三门峡黄河大桥105+4×160+105 8.0 1/20 1993

广东石南大桥75+135+75 7.5 1/18 1991

东明黄河大桥75+7×120+75 6.5 1/18.46 1993

南海金沙大桥66+120+66 6.0 1/20 1994

珠海大桥70+2×125+70 6.8 1/18.38 1993 安徽南肥河大桥45+75+45 4.0 1/18.75 1995

近年连续刚构桥出现了一些病害,主要是箱梁腹板产生斜裂缝和跨中挠度过

大，箱梁根部高度有增大的趋势，大约在L/16～L/17之间。

⑵主梁跨中高度

主梁跨中高度大约在L/45～L/60之间。当跨径较小时，从构造和方便施工考虑，跨中梁高一般不宜小于2m。

5.1.2 两跨T构的主梁高度

国内外已建成的两跨T构桥很少。主要原因是主梁高度大，不经济。贵州省已建成的两座两跨T构桥：小阁丫大桥跨径138.1m+138.1m，主梁根部高度为13.4m，两岔河大桥跨径为132+126m，主梁根部高度为13.4m。主梁根部高度约为L/10。两座桥主梁端部梁高均为4.1m，约为L/34～L/32。

5.1.3 孔跨非对称布置时的主梁高度

孔跨非对称布置时，一般情况下会出大、小T。例如：

⑴云南省三界怒江大桥，孔径为55m+138m+95m，主桥由1个100m的小T 和1个176m的大T组成。小T的主梁根部高度为6.5m，大T主梁根部高度为9.5m，中跨跨中梁高为3.5m。

⑵贵州省思南岩头河大桥，孔径为53.5m+128.5m+92m。主桥由1个87m 的小T和1个170m的大T组成。小T的主梁根部高度为6.25m，大T主梁根部高度为9.5m，中跨跨中梁高为3.2m。

大、小T的根部梁高应按结构计算控制。作为初步拟定尺寸，下述两点可供参考：

⑴大T的根部梁高约为大T边跨跨径的1/10；

⑵小T的根部梁高约为（2h-h1），式中h＝L/16～L/17；L为中跨跨径，h1

为大T 根部梁高。

中跨最小梁高约为中跨跨径的1/40。

5.1.4 主梁高度变化曲线

主梁高度的变化曲线，常用的有三种：按二次抛物线变化，按正弦曲线变化和按半立方抛物线变化。

图2表示主梁从根部高度ha 变化到跨中高度hb 。几种变化曲线主梁高度hj 的计算公式如下：

⑴ 按圆曲线变化时：h i ①

= hb+[R-2

2x ）

（L R ??] （5-1）

⑵ 按二次抛物线变化时：h i ②= hb-△h （(L-x)/L ）2 （5-2） ⑶ 按正弦曲线变化时：h i ③= ha+△h sin （90x/L ） （5-3） ⑷ 按半立方抛物线变化时：h i ④= hb+△h （(L-x)/L ）3/2 （5-4） ⑸ 按直线变化时（作对比用）：h i ⑤= hb+△h （(L-x)/L ） （5-5） 式中：△h=ha - hb ，（90x/L ）以度为单位，R 为圆曲线半径。 当X 相同时，且X ≠0，X ≠L ，则有h i ①＜h i ②＜h i ③＜h i ④＜h i ⑤

早期的设计多采用二次抛物线变化。近期由于多座连续刚构桥产生腹板斜裂缝，且常出现在L/4附近，为了增大该区段的主梁高度，采用半立方抛物线变化有利于减小主拉应力。但有的论文则认为，从增大底板下缘曲率半径以减小预应力束径向力考虑，建议采用二次抛物线。

5.2 箱梁顶、底板和腹板厚度

5.2.1 顶板厚度

根据箱的宽度和是否布置横向预应力筋，顶板跨中厚度在25cm～35cm之间变化。一般情况下不小于25cm。0号梁段和边跨现浇段梁端的顶板应加厚，一般加厚至50～70cm。顶板两侧的根部要布置承托，其尺寸应根据顶板预应力钢束构造要求确定。

箱梁两侧的悬臂板，其端部厚度一般为15～20cm。当布置横向预应力筋时，多用20cm，根部设置承托，尺寸由顶板钢束构造要求确定。

边跨梁端因设置伸缩缝，顶板厚度（含两侧悬臂板）要满足预埋锚固钢筋的要求。

5.2.2 底板厚度

跨中底板厚度一般取25～35cm。主梁根部底板厚度一般取根部梁高的1/8～1/10。0号梁段底板应加厚，一般取根部梁高的1/6～1/7。边跨现浇段梁端的底板厚度应按端横隔板的构造要求确定。

从箱梁根部至跨中，底板厚度应采用渐变，其变化曲线多采用半立方抛物线或二次抛物线。

5.2.3 腹板厚度

腹板厚度主要取决于布置预应力筋和浇注砼必要的间隙等构造要求。从箱梁根部至跨中，根据跨径的大小，可分为不同厚度的二段或三段。一般在80~40cm

之间取值。当腹板内设置下弯钢束和竖向预应力筋时，腹板厚度按构造要求确定。沿纵向腹板厚度不宜突变，可安排在一个梁段内完成渐变。

0号梁段的腹板要加厚，根据跨径的大小，一般在80cm～140cm之间取值。

边跨主梁端部附近应结合端横隔板设计，加大腹板厚度，并设置一渐变段与一般梁段的腹板厚度衔接。

5.3箱梁横隔板

通常的做法是，在0号梁段对应于主墩墩柱位置布置横隔板，其厚度与桥墩两壁的厚度一致；另外还在边跨支承处布置端横隔板，其厚度可根据边跨跨径的大小，在0.8～2m之间取值。其余梁段不设横隔板。

近年有的连续刚构桥曾发生底板崩裂的事故。当箱梁较宽时，为了减小底板钢束径向力的不利影响，有的设计在主梁跨中布置横隔板。

当边跨跨径较大，箱梁较窄时，为了提高梁端支承的抗扭能力，必要时可将端横隔板延伸至箱外（至腹板的外侧），梁端支承相应移至腹板之外。

所有横隔板都应设孔洞，以保证箱内通道全桥贯通。孔洞大小，应方便管养人员及小型机具通过。

6 主墩构造与尺寸

6.1 设计原则

在满足抗弯、抗压强度和压杆稳定的前提下，桥墩应具有较小的抗推刚度，使温度、砼收缩、徐变和顺桥向地震的不利影响降至最低限度。

6.2 墩身结构型式及尺寸

一般多采用双柱式（顺桥向双柱，下同），

如图3所示。从已建成的连续刚构桥可以看到，

随着主桥跨径和墩高的不同，b、c值变化较大。

b值大约在100cm～400cm之间，c值大约在

200cm～800cm，个别桥c值达到900cm～1000cm。

当主跨L≥120m时，墩身宜采用箱形断面。

箱壁顺桥向厚度一般可取墩柱横向宽度的1/12～

1/14；箱壁横桥向厚度，一般大于顺桥向壁厚30

～40cm。箱内不设或设置少量横隔板。有的桥为了

减小施工阶段的墩身应力，提高稳定安全系数，墩身下段做成实体，上段为箱形断面。实体段的高度视跨径大小和墩高而定。

当主跨L在80m～120m之间时，可采用实体双柱式，顺桥向厚度约为60cm～150cm。墩身断面常用矩形和工字形。

跨径小于80m时，可采用单柱式箱形断面墩身

横桥向墩身宽度a1，一般取等于箱梁的底板宽

度a0，即a1=a0。如果主梁箱宽过小，桥墩较高，

或者为造型美观，也可使a1＞a0，（a1-a0）大约在

150cm～250cm之间，参阅图4。

分析计算表明，施工过程当主梁为T构大悬臂状态时，稳定安全系数最小。当跨径较大，桥墩较高时，为了提高墩身的稳定安全系数，在双柱之间设置横系梁。横系梁的高度一般为100cm～200cm。经计算，如果使用阶段不需要横系梁，

可以按临时构件设计，例如用钢结构。全桥合拢后便可拆除。横系梁受力较大，尤其是在两柱发生不均匀变形时，横系梁两端出现很大的弯应力。当两端为铰接时，横系梁对墩柱的稳定无贡献。应采取措施确保横系梁两端承载力满足规范要求，限制砼的裂缝宽度，使之达到刚接状态。

6.3墩身设计参数的优化

墩身设计参数为双柱的中距S=2e和壁厚b（参阅图3），影响S和b的主要因素是主跨跨径L和墩高H。三滩黄河大桥（78+140+78m连续刚构）设计中，采用有限元计算和参数回归分析，得到以下初步结论：

⑴随着b值的减小，桥墩整体稳定安全系数λ减小，桥墩所受弯矩、轴力显著减小；

⑵随着s值的减小，桥墩整体稳定安全系数λ减小，桥墩所受弯矩减小，桥墩所受轴力增大；反之亦然。

⑶针对三滩黄河大桥，不同墩高时，S与b值的优化结果如表2。

表2 不同墩高H时，S与b的优化值

墩身高H（m）18.4 18.4 18.4 18.4 18.4 10.0 20.0 30.0 40.0 S=2e (m) 5.2 6.4 6.8 7.2 7.8 6.8 6.8 6.8 6.8

b (m) 1.17 1.08 1.07 1.06 1.05 0.68 1.14 1.57 1.99

(表注：主墩为双矩形截面柱，横桥向宽8.5m，桥面全宽为16.5m)

6.4部分连续刚构桥主墩S值和b值

表3部分连续刚构桥主墩主要尺寸

桥名孔径（m）主墩高H（m）S（m）b（m）备注

广东虎门大桥辅航道桥150+270+150 35.00 9.00 3.00 箱形墩柱

贵州省六广河大桥145+240+145 90.0, 73.0 11.00 3.00 上段箱形,下段实体福建厦门海沧西航道桥78+140+78+2×42 52.0, 43.0 6.00 2.00

广东珠海主航道桥70+2×125+70 23.0 6.5 1.50

广东洛溪大桥65+125+180+110 26.74 5.8 2.20 箱形墩柱

贵州崇遵路刘家山大桥110+200+110 53.3 7.0 3.00 下段3m实体,其余

为箱形

贵州思林乌江大桥78+130+78 105.0, 94.0 9.5 2.50 矩形实体墩

贵州崇遵路两岔河大桥132+126 101.0 10.5 3.50

四川泸州长江二桥145+252+49.5 40.0 10.0 2.00

四川南充嘉陵江大桥63+2×110+63 44.0, 46.7 5.00 1.80

湖北龙潭河大桥106+3×200+106 178.00 12.50 3.50 箱形墩柱

云南元江大桥58+182+265+194+70 121.50 10.00 4.00 箱形墩柱

吉林九站松花江大桥75+120+75 18.09 6.60 1.80 刚构一连续体系贵州开阳楠木渡大桥55+100+55 63.1, 57.1 5.40 1.80 矩形实体墩

广东南海广和大桥66+120+66 10.0 4.00 2.00 箱形柱

贵州剑河柳川大桥48+82+48 48.0 3.60 1.40 矩形实体墩

6.5 桥墩防撞设计

位于通航河流或有漂流物的河流上的桥墩，设计时应考虑船舶或漂流物的撞击作用。撞击作用标准值及计算方法按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）第4.4.2条执行。

6.6 桥墩抗渗设计

位于水中或变动水位区域的桥墩应进行抗渗设计。应按《公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范》（JTG D62-2004）第1.0.10条的规定，根据最大作用水头与墩身砼壁厚之比确定设计采用的抗渗等级。设计应对抗渗砼的配合比及主要技术

措施提出要求。

7 其他方面

7.1箱梁的管养、检修通道

箱梁内应设置贯通全桥的管养、检修通道。进出口尽可能布置在边跨梁端的桥台（或桥墩）上，一般情况下不宜布置在箱梁的底板上。箱内所有的横隔板要设置孔洞，其尺寸至少要满足人员通行。

7.2 箱内泄水孔

为了排除施工期箱内雨水，可在箱梁最低处（根部底板上）布置2～4个直径为100mm～120mm的泄水管，竖向贯穿底板。

7.3 箱内通气孔

为了降低箱内外的温差，应在每一梁段的底板或腹板上设置6～8个直径为60mm～80mm的通气孔。

7.4 梁段结合面上设剪力齿

悬浇梁段之间的施工缝，为箱梁的薄弱断面，影

响主梁的整体性，为了提高梁段接缝传递剪力的能力，

应在已浇梁段的端面设置剪力齿。如图5所示。

7.5 预留更换支座的空间

支座使用寿命远小于箱梁，使用期更换支座是不可避免的。布置支座的墩台，设计时要预留更换支座操作的空间。