黃 峰,蘇小青
(1.中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司,湖北武漢 430074;2.中交城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司,湖北武漢 430056)
支架現(xiàn)澆變截面連續(xù)梁橋設(shè)計要點探討
黃 峰1,蘇小青2
(1.中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司,湖北武漢 430074;2.中交城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司,湖北武漢 430056)
支架現(xiàn)澆變截面連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)性能、景觀性均優(yōu)于預(yù)制裝配式梁橋,在城市橋梁中應(yīng)用較廣泛?;谥Ъ墁F(xiàn)澆變截面連續(xù)梁橋設(shè)計實踐,對箱梁構(gòu)造、設(shè)計計算要點等進(jìn)行了探討。
支架;現(xiàn)澆;變截面連續(xù)梁橋;溫度
1.1 橋跨布置
從國內(nèi)外已建成橋梁統(tǒng)計分析得到,變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋邊、中跨比通常在0.5~0.8的范圍內(nèi)變化。由于支架現(xiàn)澆變截面連續(xù)梁橋與懸臂澆筑變截面連續(xù)梁橋在結(jié)構(gòu)受力上有一定的區(qū)別,支架現(xiàn)澆支承處負(fù)彎矩小于懸臂施工的彎矩值,跨中正彎矩大于懸臂施工的彎矩值。一般懸臂澆筑施工變截面連續(xù)梁邊、中跨比通??刂圃?.55~0.65,而支架現(xiàn)澆變截面連續(xù)梁橋邊、中跨比通??刂圃?.6~0.8,這樣可獲得比較合理的內(nèi)力分布。
梁高通常采用高跨比的形式表達(dá),墩頂位置的高跨比通??刂圃?/15~1/20的范圍內(nèi),跨中梁高與墩頂梁高之比通常為1/1.5~1/2。由于墩頂剪應(yīng)力較大,根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn),目前已建變截面連續(xù)梁橋出現(xiàn)較多的梁體裂縫,裂縫往往首先發(fā)生在剪應(yīng)力最大的支座附近,與梁軸線呈25°~50°開裂,并隨時間的推移,不斷向受壓區(qū)發(fā)展。因此支點截面高跨比建議采用高限,確保橋梁安全,同時,對城市橋梁跨中截面取低限,梁底曲線采用拋物線或圓曲線均能取得較好的景觀效果。
1.2 箱梁構(gòu)造
箱梁橫截面布置形式主要與橋面寬度相關(guān),常用的箱梁截面形式有單箱單室、單箱多室。大跨徑連續(xù)梁橋從經(jīng)濟(jì)性及施工考慮(特別是懸臂施工),宜使箱梁分室最少化。城市橋梁通常需要布置機(jī)動車道、非機(jī)動車道、人行道等導(dǎo)致橋面相對較寬,對中、小跨徑連續(xù)梁橋箱梁分室過少可能導(dǎo)致梁高與腹板厚度不協(xié)調(diào),設(shè)計中較多采用單箱多室結(jié)構(gòu)。
箱梁頂板厚度宜取22~25 cm,底板厚度應(yīng)隨箱梁負(fù)彎矩的增大而逐漸加厚至墩頂,以適應(yīng)箱梁下緣受壓的要求。腹板厚度對截面正應(yīng)力、剪應(yīng)力和主拉應(yīng)力均有良好改善作用,但會增加箱梁自重。一般連續(xù)梁腹板厚度跨中不宜小于45 cm,支點截面附近不宜小于60 cm。中小跨徑變截面連續(xù)梁橋箱梁頂板優(yōu)先采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),為使頂板橫向配筋較為適宜,箱梁腹板凈距以不超過5 m為宜,頂板翼緣外懸2.5 m。
2.1 工程概況
某縣跨河大橋橋跨布置為30 m+45 m+30 m的變截面連續(xù)箱梁。主橋橋面分為上、下行兩幅橋,單幅橋?qū)?8.5 m,每幅橋采用單箱三室箱截面,腹板形式采用直腹板。翼緣板懸臂長為2.5 m;支點梁高為2.8 m,跨中梁高為1.6 m箱梁底板曲線采用二次拋物線變化;頂板厚為0.25 m,底板厚度由跨中0.25 m向支點按二次拋物線變化成0.5 m;腹板厚度為0.45~0.6 m;翼緣板端部厚度為0.2 m,根部厚度為0.5 m。
2.2 縱向預(yù)應(yīng)力布置
全橋采用縱向布置的預(yù)應(yīng)力鋼束,均為腹板通常束,鋼束采用16Φs15.2鋼束,每個腹板布置6束,單幅主橋共計24束;波紋管采用D內(nèi)=90 mm金屬波紋管,錨具采用YM15-16,定位鋼筋選用Φ12,沿鋼束每0.5 m設(shè)置一道。
3.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及參數(shù)
設(shè)計荷載選用城-A級。主梁采用C50混凝土,預(yù)應(yīng)力采用低松弛鋼絞線。一期恒載主梁混凝土按照26 kN/m3根據(jù)實際截面計算;二期恒載為橋面鋪裝、防撞護(hù)欄、人行道等,匯總后重量為100 kN/m施加;其主要作用的梯度溫度影響力按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》第4.3.10條計算主梁梯度溫度;支座沉降按各支撐位置考慮沉降1 cm。
本橋采用橋梁博士V3.3和MIDAS2012兩種程序進(jìn)行計算比較。對于橋博車道加載偏載系數(shù)取1.15,由此計算對單列車道荷載的綜合放大系數(shù)為0.67×1.15×4=3.082;沖擊系數(shù):連續(xù)梁負(fù)彎矩效應(yīng)為0.253,正彎矩效應(yīng)為0.148。
3.2 主要計算結(jié)果
(1)主橋承載力極限狀態(tài)驗算(圖1)
圖1 最大抗力及對應(yīng)內(nèi)力圖(單位:kN·m)
(2)主橋正常使用極限狀態(tài)下正應(yīng)力驗算(圖2)
圖2 作用長期效應(yīng)組合上下緣最大最小應(yīng)力
圖3 作用短期效應(yīng)組合上下緣最大最小應(yīng)力
長期效應(yīng)組合作用下沒有出現(xiàn)拉應(yīng)力,約有5 MPa壓應(yīng)力儲備。短期效應(yīng)組合作用下僅支點處出現(xiàn)0.5 MPa拉應(yīng)力(未考慮支座寬度對負(fù)彎矩的折減,偏安全),滿足規(guī)范不大于1.855 MPa的要求。
(3)主橋正常使用極限狀態(tài)下主應(yīng)力驗算(圖4)
圖4 作用短期效應(yīng)主拉應(yīng)力
短期效應(yīng)組合作用下斜截面主拉應(yīng)力最大為0.9 MPa(未考慮支座寬度對負(fù)彎矩的折減,偏安全),滿足規(guī)范的要求。
3.3 計算要點
(1)溫度力的影響
對于連續(xù)梁橋而言,體系溫差不會產(chǎn)生次內(nèi)力。梯度溫度會產(chǎn)生自內(nèi)力以及次內(nèi)力。根據(jù)相關(guān)的文獻(xiàn),溫度應(yīng)力裂縫最多,最常見的部位是支座附近和跨中。本橋計算多種荷載工況下的梯度溫度應(yīng)力如下(見表1)。
表1 荷載在支點和跨中產(chǎn)生的應(yīng)力對照表
計算結(jié)果顯示,梯度溫度效應(yīng)對結(jié)構(gòu)影響較大,設(shè)計時需嚴(yán)格按照規(guī)范考慮梯度溫度的作用。
(2)偏載系數(shù)的影響
作為平面桿系有限元程序,橋博在設(shè)計中應(yīng)用較廣。荷載增大系數(shù)一般采用1.15。本橋通過橋博經(jīng)驗法與MIDAS空間有限元計算相比較(見表2),結(jié)果表明采用經(jīng)驗系數(shù)偏安全。
表2 汽車荷載內(nèi)力對照表
(1)為使懸臂施工的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)受力合理,邊跨長度以不超過中跨跨徑的0.65倍為宜;而對于滿堂支架現(xiàn)澆施工的連續(xù)梁邊中跨比宜為0.65~0.8,一般配置通常束即可滿足要求,預(yù)應(yīng)力鋼束布置較簡單,同時也方便施工。
(2)對于中小跨徑的變截面連續(xù)梁橋,當(dāng)橋面較寬時,合理選擇橋梁橫截面類型,宜優(yōu)先采用單箱多室結(jié)構(gòu),避免設(shè)置頂板橫向預(yù)應(yīng)力,增加施工工序。
[1] 高吉才,金慶利.大跨徑PC變截面連續(xù)梁橋設(shè)計要點探討[J].中外公路,2010,(12).
[2] 程翔云,尚春青.對箱型截面連續(xù)梁活載能力增大系數(shù)公式的評述[J].公路,2000,(1)
[3] 公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范(JTG D60-2015)[S].
U442
C
1008-3383(2017)01-0115-02
2016-09-12
黃峰(1984-),男,湖北武漢人,工程師,研究方向:道橋。