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        向陽河特大連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究

        2016-11-16 05:39:56朱高波王亞超陳雷雷
        城市道橋與防洪 2016年4期
        關(guān)鍵詞:箱梁橋梁混凝土

        董 紅,朱高波,王亞超,陳雷雷

        (江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司,江蘇 南京210014)

        向陽河特大連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究

        董 紅,朱高波,王亞超,陳雷雷

        (江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司,江蘇 南京210014)

        簡(jiǎn)要介紹了向陽河特大橋連續(xù)梁的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),橋梁跨徑布置為14×30 m+(48 m+80 m+48 m)+21×30 m,主橋采用變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,實(shí)體墩,樁基礎(chǔ);引橋采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,拱形墩,肋板臺(tái),樁基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)采用了新穎美觀的拱形墩結(jié)構(gòu),采用了智能張拉和真空壓漿等新技術(shù)新工藝,對(duì)同類型橋梁的設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。

        連續(xù)梁;拱形墩;結(jié)構(gòu)分析

        1 工程背景

        向陽河特大橋是揚(yáng)州市611省道的重要節(jié)點(diǎn)工程。611省道是一條重要的生態(tài)廊道,具有邵伯湖西線旅游開發(fā)的功能。向陽河河口水面寬闊,景色優(yōu)美,因此本橋除應(yīng)滿足跨越水域、通航、行洪等基本功能要求外,還應(yīng)結(jié)合地方人文特點(diǎn),對(duì)橋梁的景觀性以及環(huán)境融合性做適當(dāng)考慮。

        橋位處水面寬約1 200 m,兩岸有大堤,堤頂高程在▽11.4 m左右,大堤已按三級(jí)堤防加固,堤防邊坡為1∶3,堤外為農(nóng)田和村莊。

        2 總體設(shè)計(jì)

        橋址區(qū)屬古瀉湖堆積平原區(qū),地勢(shì)平坦,地面高程一般在5.30~6.50 m之間,既有道路及河堤處受人工改造,高程最高達(dá)11.50 m,兩側(cè)橋臺(tái)處均為邵伯湖湖堤。依據(jù)本項(xiàng)目勘察成果及區(qū)域地質(zhì)資料,場(chǎng)地區(qū)揭示地層主要為全新統(tǒng)黏性土、粉土層及上更新統(tǒng)黏性土、粉土、粉砂層,橋址區(qū)地層結(jié)構(gòu)及層位較穩(wěn)定。

        本橋跨徑布置為14×30 m+(48 m+80 m+48 m)+ 21×30 m。橋梁總長1 233.48 m,橋梁全寬26m,見圖1。

        主橋采用48 m+80 m+48 m三跨變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁;實(shí)體墩,拱形過渡墩,樁基礎(chǔ)。

        引橋采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁;拱形墩,肋板臺(tái),樁基礎(chǔ);兩側(cè)橋臺(tái)樁基位于大堤迎水面坡腳下,臺(tái)后路基段與大堤平交。橋面徑流水采用全部收集,橋面徑流沿橋梁平坡點(diǎn)向兩側(cè)河堤范圍內(nèi)收集,經(jīng)沉淀隔油池處理后排至地方溝渠。

        圖1 大橋效果圖

        3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        3.1主橋

        主橋上部為48 m+80 m+48 m三跨變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,橫斷面為單箱單室結(jié)構(gòu),箱梁高度按二次拋物線,從距跨中1 m處的2.3 m變化至距主墩中心1.5 m處4.8 m。

        下部主墩為采用鋼筋混凝土矩形實(shí)體式橋墩,墩身厚3.0 m,寬6.75 m,承臺(tái)厚2.5 m,樁基為6-1.5 m的鉆孔灌注樁;過渡墩為整體式結(jié)構(gòu),采用預(yù)應(yīng)力混凝土拱形墩,承臺(tái)為工字形承臺(tái),基礎(chǔ)采用4-1.5 m的鉆孔灌注樁。

        3.1.1主梁構(gòu)造

        主橋連續(xù)箱梁截面頂板寬12.75 m,標(biāo)準(zhǔn)厚度為0.28 m;翼緣懸臂長3 m,厚度從端部18 cm線形漸變?yōu)楦拱甯?0 cm;底板寬6.75 m,厚度按二次拋物線,由跨中的0.28 m變化至距0號(hào)塊中心線3.75 m處的0.7 m;腹板厚度0.50~0.75 m,第8號(hào)梁段為腹板厚度漸變段。為改善箱梁根部截面受力[1],在0號(hào)塊兩端附近的截面頂、底板局部加厚。

        主橋連續(xù)箱梁采用掛籃懸臂澆筑法施工,各單“T”箱梁除0、1號(hào)塊采用在支架上現(xiàn)澆外,其余分為10對(duì)梁段,均采用對(duì)稱平衡懸臂逐段澆筑法施工。箱梁縱向懸澆分段長度為(4×3.0 m+6× 3.5 m),箱梁墩頂現(xiàn)澆塊件(即0、1號(hào)塊)總長12.0 m,中跨合攏段長度為2.0 m,邊跨合攏段長度為2.0 m,邊跨現(xiàn)澆段長度為7.0 m。

        3.1.2主梁預(yù)應(yīng)力體系

        主橋箱梁縱向預(yù)應(yīng)力采用 15-φs15.2、17-φs15.2規(guī)格的鋼鉸線束。鋼束張拉錨下控制應(yīng)力采用σcon=0.75fpk=1 395 MPa??v向預(yù)應(yīng)力采用金屬波紋管成形。預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算中孔道偏差系數(shù)K=0.001 5,管道摩擦系數(shù)μ=0.25,一端錨具回縮Δ=6 mm。

        箱梁腹板豎向預(yù)應(yīng)力采用JL32預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)精軋螺紋粗鋼筋,抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(材料屈服點(diǎn)σ0.2)為785 MPa,張拉控制應(yīng)力為抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的0.8倍。

        3.1.3主梁結(jié)構(gòu)計(jì)算

        變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁縱向結(jié)構(gòu)按全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件計(jì)算,計(jì)算采用Midas2013進(jìn)行(模型見圖2),包括恒載、活載、預(yù)應(yīng)力、混凝土收縮徐變、支座不均勻沉降、溫度變化等荷載作用的計(jì)算。

        圖2 結(jié)構(gòu)離散模型

        主橋上部結(jié)構(gòu)施工階段計(jì)算,按照梁段劃分、施工順序及工藝,對(duì)每一梁均考慮掛籃移動(dòng)就位、澆筑混凝土、張拉預(yù)應(yīng)力等三個(gè)施工過程[2]。計(jì)算中按有關(guān)規(guī)范規(guī)定對(duì)各種荷載進(jìn)行荷載組合[3,4],對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和應(yīng)力做了驗(yàn)算,部分計(jì)算結(jié)果見圖3~圖6。

        圖3 正截面抗彎承載能力驗(yàn)算包絡(luò)圖

        圖4 正截面抗裂驗(yàn)算包絡(luò)圖

        圖5 斜截面抗裂驗(yàn)算包絡(luò)圖

        圖6 正截面混凝土法向壓應(yīng)力驗(yàn)算包絡(luò)圖

        對(duì)主橋上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了施工流程驗(yàn)算、持久狀況承載力極限狀態(tài)驗(yàn)算、持久狀況正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算、持久狀況構(gòu)件應(yīng)力驗(yàn)算,計(jì)算結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求[5]。結(jié)論見表1。

        表1 主橋驗(yàn)算結(jié)果匯總表

        3.2引橋

        引橋上部結(jié)構(gòu)采用30 m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,上部及橋臺(tái)為雙幅分離式結(jié)構(gòu),橋墩為整體式結(jié)構(gòu)。

        引橋橋墩采用預(yù)應(yīng)力混凝土拱形墩,蓋梁寬1.9 m,厚1.4~2.5 m,長度為24.7 m,蓋梁為預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件;拱形墩柱上部分為橢圓弧形狀,下部為直線段,直線段截面尺寸均為2.0 m×1.6 m;承臺(tái)厚2 m,為工字形承臺(tái),平面尺寸為12.6 m×6.4 m;基礎(chǔ)采用4-φ1.5m的鉆孔灌注樁。

        橋臺(tái)采用肋板式臺(tái),臺(tái)帽高1.3 m,寬1.6 m,單幅橋臺(tái)基礎(chǔ)采用4根直徑為1.2 m的鉆孔灌注樁,見圖7。

        圖7 拱形墩效果圖

        3.2.1上部結(jié)構(gòu)計(jì)算

        裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)體系為先簡(jiǎn)支后連續(xù)的結(jié)構(gòu),按A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)。

        3.2.2下部結(jié)構(gòu)計(jì)算

        引橋橋墩計(jì)算采用midas2013進(jìn)行 (模型見圖8),其中墩柱按鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì),蓋梁按A預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)。荷載作用包括恒載、活載、預(yù)應(yīng)力、混凝土收縮徐變、順橋向水平力、溫度變化等荷載作用的計(jì)算,同時(shí)還對(duì)架橋機(jī)架梁過程進(jìn)行了施工階段模擬。引橋橋墩施工階段計(jì)算,按照支架現(xiàn)澆橋墩、一次張拉預(yù)應(yīng)力、架設(shè)箱梁及橋面鋪裝附屬施工等三個(gè)施工過程,結(jié)合工程實(shí)際情況,對(duì)蓋梁及墩柱的各個(gè)工況進(jìn)行了分析。

        圖8 拱形墩計(jì)算模型

        順橋向水平力考慮了收縮徐變、溫度和汽車荷載等作用效應(yīng)。計(jì)算汽車制動(dòng)力時(shí),各墩受力按墩頂抗推剛度分配,計(jì)算溫度變形時(shí),只計(jì)樁墩頂部水平力對(duì)樁墩所引起的彎矩的影響。

        考慮支座影響的墩頂抗推剛度按式(1)計(jì)算:

        式中:Ki為橋墩抗推總剛度;Ki為橋墩順橋向的墩頂抗推剛度;Knm為支座影響剛度。

        各個(gè)橋墩順橋向的墩頂抗推剛度按式(2)計(jì)算:

        式中:n為橋墩墩柱個(gè)數(shù),本次計(jì)算考慮橋梁半幅,取n=1;h為橋墩高度;E為橋墩墩柱材料彈性模量E=3.25×104MPa;I為橋墩墩柱截面慣性矩。

        引橋連續(xù)墩采用板式支座,半幅橋梁橫向一排布置有8個(gè)支座。支座剛度按照下式計(jì)算。根據(jù)《公路橋梁板式橡膠支座規(guī)格系列》(JT/T 663-2006),板式支座采用GYZ450×84型支座,計(jì)算時(shí)取單幅計(jì)算。

        計(jì)算對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了施工流程驗(yàn)算、持久狀況承載力極限狀態(tài)驗(yàn)算、持久狀況正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算、持久狀況構(gòu)件應(yīng)力驗(yàn)算,結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求[5,6],結(jié)論見表2。

        表2 橋墩驗(yàn)算結(jié)果匯總表

        4 施工組織方案

        向陽河特大橋主橋?yàn)橹骺鐝?0 m的三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,兩側(cè)引橋?yàn)?0 m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。本橋預(yù)計(jì)施工周期為24個(gè)月,根據(jù)工期需要,引橋箱梁由南北兩個(gè)預(yù)制場(chǎng)分別預(yù)制、架設(shè)。橋位現(xiàn)場(chǎng)無等級(jí)道路溝通,進(jìn)場(chǎng)需要修筑施工便道。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況,南岸交通條件相對(duì)較好,北側(cè)相對(duì)較差,因此將材料料場(chǎng)及混凝土工廠設(shè)于南岸預(yù)制場(chǎng),河中設(shè)棧橋,北側(cè)預(yù)制場(chǎng)材料通過棧橋從南岸運(yùn)輸過河。

        5 結(jié)語

        向陽河特大橋采用連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu),結(jié)合本橋的功能特點(diǎn),并提升橋梁景觀性,對(duì)引橋橋墩形式進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。引橋橋墩采用拱形墩造型,符合揚(yáng)州的地方特色。對(duì)新技術(shù)、新材料采用的情況主要體現(xiàn)在:預(yù)應(yīng)力張拉采用智能張拉、智能壓漿配套智能系統(tǒng);橋面防水采用水性環(huán)氧瀝青防水層;全橋?yàn)r青鋪裝前需對(duì)橋面調(diào)平層進(jìn)行拋丸處理等施工工藝。

        該橋的設(shè)計(jì)對(duì)今后其他類似橋梁設(shè)計(jì)積累了有益的經(jīng)驗(yàn),對(duì)同類型橋梁設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。

        [1]范立礎(chǔ).橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2001.

        [2]葛耀君.分段施工橋梁分析與控制[M].北京:人民交通出版社, 2003.

        [3]張治成,葉貴如,陳衡冶,等.大跨度橋梁施工控制結(jié)構(gòu)分析計(jì)算方法[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào),2004(2):210-214.

        [4]JTG D60-2015,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].

        [6]JTG/T F50-2011,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

        U448.21+5

        B

        1009-7716(2016)04-0065-03

        10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.04.021

        2015-12-30

        董紅(1986-),女,江蘇南京人,工程師,從事橋梁與隧道工程設(shè)計(jì)工作。

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