姜寧寧

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司橋隧處，陜西西安 710043)

1 工程概況

2 全橋主要結(jié)構(gòu)尺寸

梁體采用單箱單室變高度直腹板箱形截面，中支點(diǎn)處梁高3.8 m，跨中及邊墩現(xiàn)澆段處梁高2.0 m，梁底曲線為二次拋物線，拋物線方程為y=0.002 07x2。箱梁頂寬5.5 m，底寬3.3 m，懸臂端厚15 cm，懸臂根部厚35 cm，懸臂長(zhǎng)1.1 m。箱梁腹板厚40～60 cm;底板厚30～60 cm;頂板厚30 cm。頂板設(shè)60 cm×20 cm的梗脅，底板設(shè)20 cm×20 cm的梗脅，箱梁中支點(diǎn)設(shè)置厚300 cm橫隔墻，梁端設(shè)厚100 cm橫隔墻。為增強(qiáng)施工過程中的抗扭剛度，在中跨的跨中以及1/4跨處，增設(shè)30 cm厚的橫隔板。橫截面尺寸見圖1。

圖1 箱梁橫截面(單位:cm)

受城市規(guī)劃的控制，此處可以放置墩身的綠化帶最大橫向?qū)挾葹? m，故剛構(gòu)墩采用矩形實(shí)體橋墩，墩頂截面尺寸為3.3 m(橫橋向)×3.0 m(順橋向)，墩身直線段2 m，隨后橫向、縱向放坡，坡率42∶1。墩頂與箱梁0號(hào)段一起澆筑。

箱梁鋼束:箱梁采用全預(yù)應(yīng)力理論設(shè)計(jì)，鋼束均采用12φs15.2 mm鋼絞線。中支點(diǎn)處配置縱向10束腹板鋼絞線，頂板配置縱向14束鋼絞線;邊跨頂板配置縱向3束鋼絞線，底板配置縱向6束鋼絞線;中跨跨中頂板配置縱向2束較短的鋼絞線，底板配置縱向10束鋼絞線。中跨箱梁截面預(yù)應(yīng)力布置圖見圖2。

同時(shí)，箱梁腹板內(nèi)設(shè)置豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋，縱向間距約0.5 m，采用直徑32 mm的PSB830螺紋鋼筋，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 fpk=830 MPa，彈性模量 Ep=2.0×105MPa。

圖2 箱梁截面預(yù)應(yīng)力布置(單位:cm)

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算

3.1 計(jì)算方法

平面靜力計(jì)算采用西南交大BSAS軟件，空間計(jì)算分析采用Midas建模分析。

3.2 靜力計(jì)算

梁部計(jì)算模式共劃分108個(gè)單元，109個(gè)節(jié)點(diǎn)，共33個(gè)施工階段。全橋梁部采用C50混凝土，考慮混凝土的收縮、徐變，分別考慮主力、主力+附加力兩種荷載組合。預(yù)應(yīng)力鋼束的各項(xiàng)損失均按《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》執(zhí)行。

3.2.1 箱梁縱向計(jì)算

由于地質(zhì)條件相對(duì)較好，因此未按等剛度原理對(duì)樁基礎(chǔ)進(jìn)行模擬，即不計(jì)樁基礎(chǔ)的影響，近似按承臺(tái)底固接考慮，中主墩與主梁固接。

楊灣在桿子的帶領(lǐng)下，很快搭起了幾十座一模一樣的庵棚。庵棚前的紅布早換成紅旗了，嘩啦啦地飄著。當(dāng)破犁鏵的鈴聲在晨霧中響起時(shí)，一村的男女老少揉揉惺忪的眼睛，拿著碗筷圍到高崗上熱氣騰騰的幾口大鍋前。楊灣人重新吃起了大鍋飯。上邊發(fā)放的救濟(jì)物品全都集中到生產(chǎn)隊(duì)，衣服按人頭發(fā)放，破了交給縫紉組縫補(bǔ)，頭痛發(fā)燒有赤腳醫(yī)生。就連住的，也不分親疏遠(yuǎn)近，男的一堆女的一塊。桿子說，咱們這可是因禍得福了，提前邁進(jìn)了共產(chǎn)主義。

按《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求分別對(duì)混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼束的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行控制。

部分計(jì)算參數(shù):箱梁采用C50混凝土，混凝土彈性模量為3.55×104MPa，極限抗壓強(qiáng)度33.5 MPa，極限抗拉強(qiáng)度3.10 MPa。環(huán)境相對(duì)濕度70%，混凝土平均加載齡期按10 d計(jì)，終極齡期按1 500 d計(jì)。預(yù)應(yīng)力鋼束管道摩阻系數(shù) μ=0.23，管道偏差系數(shù) k=0.002 5，一端錨具回縮6 mm，松弛損失0.03σcon，錨下張拉力采用2 047.6 kN?？紤]相鄰兩橋墩基礎(chǔ)不均勻沉降值取1 cm。橋梁合龍溫度按10℃ ～15℃考慮，整體升溫按20℃考慮，整體降溫按15℃考慮(不含混凝土收縮影響)，不均勻升溫按照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》取值。

墩截面尺寸的選擇:由于墩頂與主梁固接，墩身剛度對(duì)剛構(gòu)的內(nèi)力會(huì)產(chǎn)生影響。同時(shí)，檢算懸臂施工狀態(tài)下，橋梁的橫向抗風(fēng)穩(wěn)定性。本次計(jì)算選用了3.3 m(橫)×3.0 m(縱)和4.319 m(橫)×3.0 m(縱)兩個(gè)尺寸進(jìn)行了計(jì)算比較，見表1，可以看出墩身尺寸減小，而中支點(diǎn)處負(fù)彎矩明顯減小。

表1 中支點(diǎn)負(fù)彎矩比較

3.2.2 箱梁橫向計(jì)算

箱梁橫向按支承在主梁腹板中心線下緣的箱形框架計(jì)算。由于箱梁為單箱單室截面，兩道腹板下緣的支承剛度相同，據(jù)此檢算頂板、底板、腹板的厚度并配置鋼筋。

3.2.3 空間分析

采用Midas建模。梁與剛構(gòu)墩之間采用剛度非常大的虛梁連接，分別對(duì)梁體的扭轉(zhuǎn)變形、整體結(jié)構(gòu)的豎向自振頻率等進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)算模型見圖3。

圖3 全橋計(jì)算模型

通過計(jì)算，可以看出該橋豎向剛度較大，橫向剛度較縱向剛度弱。按鐵路規(guī)范及公路規(guī)范要求，本橋主梁的橫向自振周期均不滿足規(guī)定(見表2)。由于本橋的構(gòu)造尺寸受其它控制因素的影響已經(jīng)無法有較大的改變，經(jīng)過反復(fù)的研究計(jì)算，最后本橋設(shè)計(jì)參考了南昆鐵路設(shè)計(jì)技術(shù)要求(鐵建鑒［1992］93號(hào)文“關(guān)于南昆線四座大橋橫向剛度的補(bǔ)充技術(shù)要求”)中橋梁橫向第一階振型的自振周期T≤1.7 s的規(guī)定，按照此項(xiàng)規(guī)定，本橋的橫向剛度滿足技術(shù)要求。本橋現(xiàn)已投入使用，在施工以及運(yùn)營的過程中，此橋一切狀況良好，表明橫向剛度的控制是合理的，可以為同類橋梁遇到此類問題提供借鑒。

表2 特征值分析

3.2.4 計(jì)算結(jié)果

主要計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 主要檢算結(jié)果

4 結(jié)果分析

1)為使邊跨正彎矩和中支點(diǎn)負(fù)彎矩大致接近，以便布束更趨合理。以此為原則，連續(xù)剛構(gòu)需要設(shè)置合理的跨徑比，一般認(rèn)為L(zhǎng)1/L2=0.239～0.692(邊跨/主跨)，本橋邊跨/主跨為0.625。

2)通過計(jì)算，連續(xù)剛構(gòu)梁的變形最大為1 cm，在設(shè)計(jì)規(guī)范控制范圍內(nèi)，最大撓度發(fā)生在中跨1/2跨度處。說明橋梁的實(shí)際剛度要大于理論剛度，有較大的安全儲(chǔ)備。1/4和3/4跨度處的撓度值靠近撓度的反彎點(diǎn)，數(shù)值較小，綜合全橋可以看出，撓度變化值普遍偏小。

3)通過計(jì)算，可以看出整個(gè)連續(xù)剛構(gòu)梁的截面應(yīng)力分布比較均勻，說明該梁受力性能良好。需要說明的是墩身截面的選擇對(duì)橋墩受力影響顯著，降低墩身寬度，能有效地降低墩身剛度，從而能迅速減小溫度荷載效應(yīng)。對(duì)邊主墩效果更為明顯。但墩身厚度同時(shí)受截面應(yīng)力狀態(tài)和穩(wěn)定性的限制，存在一個(gè)低限。

4)對(duì)地鐵設(shè)計(jì)來說，由于受控制的條件比較多，現(xiàn)有的鐵路及公路規(guī)范橫向剛度限值有時(shí)并不適用，橫向剛度的參考值還有待研究;必要時(shí)，可以通過車橋系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算與分析，尋求保證列車安全、平穩(wěn)舒適運(yùn)行的最小橫向剛度指標(biāo)。

5 結(jié)語

通過對(duì)本橋的計(jì)算分析，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)以結(jié)構(gòu)受力性能好、變形小、伸縮縫少、行車平順舒適、造型簡(jiǎn)潔美觀、養(yǎng)護(hù)工程量小及抗震性能好等特點(diǎn)，成為富有競(jìng)爭(zhēng)力的橋型之一。

［1］范立礎(chǔ).橋梁工程［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［2］周軍生，樓莊鴻.大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)［J］.中國公路學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，13(1):31-37.

［3］全開華，馮衛(wèi)軍，李云.連續(xù)剛構(gòu)橋梁的延性地震響應(yīng)分析與應(yīng)用［J］.鐵道建筑，2011(11):23-25.

［4］蘇青青，王海良.邊中跨比對(duì)大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋徐變變形影響分析［J］.鐵道建筑，2012(1):1-3.

［5］中華人民共和國鐵道部.TB 10002.3—2005 鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［6］中華人民共和國鐵道部.鐵建鑒［1992］93號(hào) 關(guān)于南昆線四座大橋橫向剛度的補(bǔ)充技術(shù)要求［Z］.北京:中華人民共和國鐵道部，1992.