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)
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)
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。
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
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)。
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。
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