占賢華

1 概述

本橋位于肇慶市大旺區(qū),是大旺區(qū)連接廣州、佛山和肇慶市的重要通道,在原橋東西兩側(cè)各新建一座橋梁,新橋距離老橋3.6 m,橋長(zhǎng)820.18 m,橋?qū)?2 m,單向二車(chē)道,分為主橋和南北兩側(cè)引橋,其中主橋長(zhǎng)180.56 m,跨徑布置為(55.28+80+45.28)m(見(jiàn)圖1),為三跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋,墩頂梁高4.8 m,邊跨端部及中跨跨中梁高2.3 m,其間梁底下緣以二次拋物線變化,墩頂0號(hào)梁段長(zhǎng)8.0 m,T構(gòu)懸臂各分為10對(duì)梁段,懸臂現(xiàn)澆梁段分為3 m,3.5 m,4 m三種規(guī)格;下部結(jié)構(gòu)采用雙薄壁橋墩,雙壁墩身間凈距3 m,壁厚1 m,墩寬6 m,主墩承臺(tái)厚3.5 m,平面尺寸8.0 m×12.0 m?；A(chǔ)均采用雙排共6根φ 1.8 m鉆孔灌注樁,按樁底進(jìn)入弱(中)風(fēng)化巖3.5d確定樁長(zhǎng),通航等級(jí)為國(guó)家內(nèi)河Ⅵ級(jí)航道。

2 有限元模型

本橋用有限元分析程序MIDAS/Civil 2010進(jìn)行計(jì)算,主梁及橋墩采用梁?jiǎn)卧?主梁和墩頂?shù)募s束關(guān)系通過(guò)彈性連接的剛性連接模擬,模型中暫未考慮樁土共同作用,直接在橋墩底部與承臺(tái)連接處固結(jié)。模型主要包括主梁、橋墩、預(yù)應(yīng)力鋼束三部分,共有84個(gè)梁?jiǎn)卧?190根預(yù)應(yīng)力鋼束單元,91個(gè)節(jié)點(diǎn);采用預(yù)應(yīng)力混凝土掛籃懸臂現(xiàn)澆施工法,全橋總共劃分為14個(gè)施工階段,其中施工階段1～11分別為0號(hào)～10號(hào)節(jié)段塊施工階段,施工階段11為最大懸臂狀態(tài),施工階段12為邊跨合龍階段,施工階段14為中跨合龍成橋階段,模型建立過(guò)程考慮了預(yù)應(yīng)力鋼束的平彎和豎彎布置。

3 施工階段計(jì)算與分析

1)施工階段主梁應(yīng)力分析。根據(jù)施工期間掛籃荷載、現(xiàn)澆節(jié)段重量以及節(jié)段加載時(shí)間順序進(jìn)行計(jì)算,確定各施工階段內(nèi)力,配置合理的箱梁頂板預(yù)應(yīng)力鋼束,確定結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程的安全性和合理性至關(guān)重要,部分施工階段控制截面應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1中20號(hào)、21號(hào)桿件對(duì)應(yīng)為0號(hào)塊,16號(hào)、25號(hào)桿件對(duì)應(yīng)為2號(hào)塊,12號(hào)、29號(hào)桿件對(duì)應(yīng)為6號(hào)塊,8號(hào)、33號(hào)桿件對(duì)應(yīng)為10號(hào)塊;從表1可以看出,主梁幾個(gè)控制截面的上、下緣基本處于受壓狀態(tài),主梁在施工階段最大壓應(yīng)力為11.03 M Pa,最大拉應(yīng)力為0.18 MPa,均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求,說(shuō)明本橋施工過(guò)程是安全的,節(jié)段劃分以及預(yù)應(yīng)力鋼束布置是合理的。

表1 部分施工階段控制截面應(yīng)力計(jì)算結(jié)果 MPa

2)施工階段應(yīng)力云圖。部分施工階段應(yīng)力云圖見(jiàn)圖2。

4 使用階段計(jì)算與分析

1)使用階段主梁應(yīng)力分析。連續(xù)剛構(gòu)為墩梁固結(jié),屬于超靜定結(jié)構(gòu),因此橋墩及主梁對(duì)溫度變化,混凝土徐變收縮,預(yù)應(yīng)力作用及基礎(chǔ)變位等因素產(chǎn)生的次內(nèi)力比較敏感,在使用階段恒載、汽車(chē)、人群、溫度變化、收縮徐變、基礎(chǔ)變位作用組合下控制截面應(yīng)力包絡(luò)值如表2所示。

表2 荷載組合下控制截面應(yīng)力包絡(luò)值 MPa

表 2中上、下緣應(yīng)力最大值所對(duì)應(yīng)的組合為短期組合,上、下緣應(yīng)力最小值所對(duì)應(yīng)的組合為標(biāo)準(zhǔn)組合;可以看出,各控制截面應(yīng)力都在規(guī)范允許范圍內(nèi)。最大壓應(yīng)力為14.13 MPa,對(duì)應(yīng)截面為2號(hào)塊上緣截面;因左邊跨跨度較大,最大拉應(yīng)力0.78 M Pa,出現(xiàn)在左邊跨合龍段下緣截面;在設(shè)計(jì)中考慮適當(dāng)增加左邊跨底部預(yù)應(yīng)力鋼束,改善結(jié)構(gòu)左邊跨下緣受力。

2)使用階段橋墩底部豎向力分析。連續(xù)剛構(gòu)對(duì)各種次內(nèi)力比較敏感,各荷載工況單獨(dú)作用下,橋墩底部豎向力計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 使用階段橋墩豎向力計(jì)算結(jié)果匯總 kN

由表3可以看出,基礎(chǔ)變位、溫度梯度升溫、體系降溫、汽車(chē)荷載、人群荷載、收縮、徐變均對(duì)外側(cè)橋墩有上拔力作用;基礎(chǔ)變位、溫度梯度降溫、體系升溫、汽車(chē)荷載以及人群荷載對(duì)內(nèi)側(cè)橋墩有上拔力作用;經(jīng)最不利荷載組合,外、內(nèi)側(cè)橋墩均不出現(xiàn)上拔力,說(shuō)明本橋橋墩均處于受壓狀態(tài)。

5 結(jié)語(yǔ)

1)本橋施工與使用階段,箱梁上、下緣應(yīng)力均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求,說(shuō)明該橋施工階段劃分、截面選擇、預(yù)應(yīng)力鋼束布置及跨徑布置是合理的。2)本橋施工與使用階段,外、內(nèi)側(cè)橋墩均不出現(xiàn)上拔力,該橋橋位處適宜布設(shè)連續(xù)剛構(gòu)橋。3)選擇合理的邊跨與主跨跨徑比,合理的橋墩高度與主跨跨徑比,均有利于改善剛構(gòu)橋的墩梁剛度,有利于調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)內(nèi)力。

[1] 鄔小光,邵新鵬,萬(wàn)振江.剛架橋[M].北京:人民交通出版社,2000.

[2] 馬保林.高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋[M].北京:人民交通出版社,2001.

[3] Prestressed Concrete Institute and Post-Tensioning Institute,PRECAST SEGM ENTAL BOX GIRDER BRIDGE MANUAL[M].Illinois,1978.

[4] JTG D60-2004,公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

[5] JTG D62-2004,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].