馬宇光
(山西省交通科學(xué)研究院,山西 太原 030006)
商菏高速公路南起商亳高速公路商丘北互通處,向北在雙八和劉口鎮(zhèn)之間跨越國(guó)道105線、黃河故道大堤,至豫、魯交界處的黃河故道,路線全長(zhǎng)12.0331km。本合同段共有互通式立交橋2座,中橋2座,分離式立交橋1座,蓋板涵4座,蓋板通道4座,圓管涵4座,另外有線外涵9座。
本合同現(xiàn)澆梁部分包括楊樓互通式立交橋A匝道和坡劉分離式立交橋兩大部分。其中楊樓互通立交A匝道橋上跨商荷高速公路主線,全橋長(zhǎng)301.54 m,起點(diǎn)樁號(hào)為K0+000.39,終點(diǎn)樁號(hào)為K0+301.93。全橋共分為四聯(lián),跨徑組成為(3×25)m+(3×27.5+12)m+(25+32+25)m+(2×25)m。其平面布置如圖1所示。
本橋設(shè)計(jì)起點(diǎn)為K0+000.39,設(shè)計(jì)高程為11.870m;設(shè)計(jì)終點(diǎn)為K0+301.89,設(shè)計(jì)高程為6.309m。設(shè)計(jì)起坡接機(jī)場(chǎng)路主線上縱坡為0.3%,下縱坡為-0.5%和-4.95%,變坡點(diǎn)設(shè)R=5000m和R=1500m的凸曲線。
圖1 互通立交平面布置圖
該匝道橋共分四聯(lián),均為整幅布置。其中第一、二聯(lián)(0~7#墩)橋面為變寬,橋面寬9.0~20.061m,第三、四聯(lián)(7~12#墩)橋面為等寬9.0m。
第三聯(lián)因需滿足凈空要求,采用鋼箱梁,為單箱雙室斜腹板箱形截面。箱梁梁高1.3m、高跨比為1/24.615,頂板寬8.8m,兩翼懸臂長(zhǎng)1.42m,箱梁底寬4.54m。采用正交異性板全焊接結(jié)構(gòu),頂板厚14mm,底板厚16mm,腹板厚16mm。頂?shù)装逶O(shè)置T形加勁肋,頂板加勁肋高156mm、間距為300mm,底板加勁肋高120mm、間距為300mm。以縱向間距1000~1500mm設(shè)置箱梁橫向框架,頂板橫向加勁肋高度為500mm,腹板橫向加勁肋高度為350mm,底板橫向加勁肋高度為200mm。支點(diǎn)處設(shè)置橫隔板。
第一、二、四聯(lián)采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。其中第四聯(lián)箱梁頂板寬8.8m,懸臂外側(cè)各設(shè)置10cm后澆段。兩翼懸臂長(zhǎng)2.6m,外腹板采用弧形,半徑為2.409m,箱梁底寬3.6m。支點(diǎn)范圍箱梁頂板厚0.45m,底板厚0.42m,腹板厚0.7m;跨中范圍箱梁頂板厚0.25m,底板厚0.22m,腹板厚0.40m。兩翼懸臂長(zhǎng)2.6m,懸臂板端部為0.2m。第一、二聯(lián)箱梁變寬段變寬方式需保證懸臂尺寸不變,箱室數(shù)應(yīng)根據(jù)橋面寬度確定,為單箱單室~單箱三室,箱室寬度采用漸變方式。
全橋進(jìn)行了縱向和橫向結(jié)構(gòu)計(jì)算,計(jì)算中采用平面桿系有限元程序,部分箱梁采用梁格法進(jìn)行檢算。經(jīng)計(jì)算,箱梁縱向均施加預(yù)應(yīng)力,橫向及豎向不施加預(yù)應(yīng)力,第2聯(lián)5#、6#墩對(duì)應(yīng)的橫梁橫向施加預(yù)應(yīng)力,其余橫梁橫向均不施加預(yù)應(yīng)力。
縱向預(yù)應(yīng)力體系采用Φs15.2高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線,鋼束按其位置分為①頂板束;②腹板束;③底板束。腹板束為15或12-Φs15.2鋼絞線,采用內(nèi)徑Φ90mm塑料波紋管成孔。頂、底板束為9或12-Φs15.2鋼絞線,采用內(nèi)徑Φ75mm、Φ90mm的塑料波紋管成孔,均采用真空灌漿工藝及相應(yīng)輔助措施。
橫梁預(yù)應(yīng)力體系采用Φs15.2高強(qiáng)度低松弛鋼絞線,預(yù)應(yīng)力束為15-Φs15.2鋼絞線,采用內(nèi)徑Φ 90mm塑料波紋管成孔,均采用真空灌漿工藝及相應(yīng)輔助措施。
主梁主要為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),本節(jié)以第一聯(lián)主梁為例,有限元計(jì)算時(shí)將結(jié)構(gòu)離散為32個(gè)梁?jiǎn)卧ㄒ?jiàn)圖2)。材料類(lèi)型共有1種,截面類(lèi)型共有3種。
圖2 結(jié)構(gòu)有限元模型
2.4.1 施工階段
根據(jù)施工流程,主梁施工劃分為3個(gè)施工階段(見(jiàn)表1)
表1 施工階段詳細(xì)信息
施工階段計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3~圖6。
圖3 第1施工階段截面上緣應(yīng)力圖(單位:MPa)
圖4 第1施工階段截面下緣應(yīng)力圖(單位:MPa)
圖5 第3施工階段截面上緣應(yīng)力圖(單位:MPa)
圖6 第3施工階段截面下緣應(yīng)力圖(單位:MPa)
根據(jù)《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》(JTG D62—2004)第7.2.8條規(guī)定,對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件,在預(yù)應(yīng)力和構(gòu)件自重等施工荷載作用下混凝土正截面的正應(yīng)力要求如下:
從圖3~圖6可知,施工階段最大壓應(yīng)力為13.756MPa,未出現(xiàn)拉應(yīng)力,滿足規(guī)范短暫狀況應(yīng)力驗(yàn)算要求。
2.4.2 使用階段
根據(jù)規(guī)范要求,結(jié)合工程實(shí)際,本計(jì)算考慮了4組基礎(chǔ)變位、2組溫度作用,作用組合2組。
(1)基礎(chǔ)變位作用
基礎(chǔ)變位參數(shù)如表2所示。
表2 基礎(chǔ)變位參數(shù)表
(2)溫度作用
混凝土線性膨脹系數(shù)取0.000001,考慮以下溫度變化模式。
第1組正溫度作用為:結(jié)構(gòu)梯度溫度效應(yīng)。從1#單元到32#單元,上緣溫度為14℃,下緣溫度為5.5℃。
第2組負(fù)溫度作用為:結(jié)構(gòu)梯度溫度效應(yīng)。從1#單元到32#單元,上緣溫度為-7℃,下緣溫度為-2.75℃。
(3)作用組合
作用組合內(nèi)容及類(lèi)型見(jiàn)表3。
表3 作用組合表
使用階段計(jì)算結(jié)果如圖7~圖10所示。
圖7 第1組合截面上緣應(yīng)力圖(單位:MPa)
圖8 第1組合截面下緣應(yīng)力圖(單位:MPa)
圖9 第2組合截面上緣應(yīng)力圖(單位:MPa)
圖10 第2組合截面下緣應(yīng)力圖(單位:MPa)
使用階段標(biāo)準(zhǔn)值組合混凝土正截面應(yīng)力如表4所示。
表4 使用階段標(biāo)準(zhǔn)值組合混凝土正截面應(yīng)力表(單位:MPa)
《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》(JTG D62—2004)第7.1.5條規(guī)定,對(duì)于未開(kāi)裂的預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件,其使用階段正截面混凝土壓應(yīng)力應(yīng)滿足:
σkc+σpt≤0.5fck=0.5×32.4=16.2(MPa)
由圖7~圖10可知,使用階段標(biāo)準(zhǔn)值組合時(shí)混凝土正截面壓應(yīng)力最大值為12.879 MPa,滿足規(guī)范要求。
墩柱采用獨(dú)柱,造型在原則上盡量與主線高架橋梁墩柱風(fēng)格一致,外形為寶瓶墩。梁寬標(biāo)準(zhǔn)段墩柱截面為矩形,墩底尺寸為2.2m×1.2m,橫橋向墩柱在頂部3.5m范圍設(shè)置圓弧外傾,墩柱外側(cè)半徑為9.1m,墩高小于3.5m的墩柱直線過(guò)渡,墩頂尺寸漸變?yōu)?.6×1.2m。墩柱截面四角設(shè)置R=0.2m抹圓,并在墩柱正面設(shè)置凹槽。變寬段采用墩柱拉開(kāi)以適應(yīng)橋梁寬度和受力變化。
橋墩基礎(chǔ)均采用Φ1.0m群樁基礎(chǔ),每個(gè)承臺(tái)下設(shè)4或6根鉆孔灌注樁,樁底進(jìn)入圓礫層,承臺(tái)厚度均為2.0m,平面尺寸為4.7×4.7m或4.7×7.4m。
橋臺(tái)采用輕型橋臺(tái),橫橋向背墻與臺(tái)帽寬度均為9m,臺(tái)帽高1.4m,寬1.6m。
橋臺(tái)基礎(chǔ)采用單排Φ1.0m樁基礎(chǔ),設(shè)置2根鉆孔灌注樁,樁底進(jìn)入圓礫層。
墩臺(tái)身及樁基礎(chǔ)等按極限狀態(tài)法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和配筋。鉆孔灌注樁基礎(chǔ)采用M法設(shè)計(jì)計(jì)算。
采用QZ球形鋼支座,其材料和力學(xué)性能均應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
橋梁伸縮縫采用全包式毛勒伸縮縫,根據(jù)結(jié)構(gòu)變形長(zhǎng)度選擇80型及160型。伸縮裝置開(kāi)槽處澆筑C50鋼纖維混凝土,每立方混凝土加入50 kg銑削型鋼纖維。
預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁車(chē)行道橋面鋪裝基層為8cm防水混凝土,鋼箱梁車(chē)行道橋面鋪裝基層為11cm鋼纖維混凝土,面層均為9cm瀝青。混凝土箱梁在梁體上澆筑C40防水纖維混凝土,鋼箱梁在梁體上澆筑C40鋼纖維混凝土,內(nèi)鋪間距10cm×10cm的直徑d=11mm的CRB550冷軋帶肋鋼筋焊接網(wǎng)片;混凝土基層頂面噴涂DPS—3混凝土防腐保護(hù)劑(0.5kg/m2);其上鋪設(shè)5cm中粒式改性瀝青混凝土(AC—20C型)、改性黏層瀝青(0.5L/m2)、4cm改性瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA—13)。底層鋼纖維混凝土施工前在鋼梁頂焊接M10×80mm剪力栓釘,縱橫間距10cm。
鋼箱梁橋面鋪裝鋼纖維混凝土摻入70kg/m3銑削型鋼纖維,預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋面鋪裝防水纖維混凝土,土內(nèi)摻1kg/m3水泥混凝土抗裂增強(qiáng)纖維——聚丙烯腈(PAN)纖維,抗?jié)B等級(jí)應(yīng)達(dá)到P8。
橋面兩側(cè)設(shè)置鋼筋混凝土防撞護(hù)欄,混凝土部分護(hù)欄高142cm,混凝土底寬50cm,防撞護(hù)欄防撞等級(jí)為SA級(jí)。
(1)箱梁采用支架現(xiàn)場(chǎng)澆筑施工,預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁除為抵消支架彈性變形而設(shè)置的預(yù)拱外,支架不另設(shè)預(yù)拱。
(2)混凝土強(qiáng)度和彈性模量不小于設(shè)計(jì)值的90%及養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到7d以上方可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉??v向預(yù)應(yīng)力鋼束張拉順序?yàn)橄葟埨拱迨?,再?gòu)埨装迨?,最后張拉頂板束,左右?duì)稱(chēng)張拉。橫梁預(yù)應(yīng)力束采用兩端張拉。
(3)為防止混凝土裂縫和邊棱破損,并滿足局部強(qiáng)度要求,混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa時(shí)方可拆除側(cè)模。支架在預(yù)應(yīng)力張拉后方可拆除,卸架時(shí)應(yīng)先卸除懸臂部分,再?gòu)目缰邢騼蛇呅都堋?/p>
(4)鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工前需對(duì)各部坐標(biāo)、樁號(hào)、標(biāo)高及梁長(zhǎng)等進(jìn)行仔細(xì)復(fù)核,鉆孔的傾斜率不得大于1/100,樁頂在順橋向和橫橋向偏差均應(yīng)不超過(guò)5cm。樁基礎(chǔ)成孔后必須嚴(yán)格清孔,樁底沉淀厚度應(yīng)小于10cm。
楊樓互通式立交橋A匝道橋完全順應(yīng)匝道線形要素而做,本文詳細(xì)介紹了各結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程,同時(shí)對(duì)第二聯(lián)預(yù)應(yīng)力箱梁施工、使用階段各截面的內(nèi)力、應(yīng)力進(jìn)行了計(jì)算分析,其結(jié)果均滿足規(guī)范要求。該橋外形簡(jiǎn)潔、流暢、輕巧、美觀,與環(huán)境協(xié)調(diào),多數(shù)橋墩為獨(dú)柱,兼具了彎、坡、斜、高的特點(diǎn)。
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