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        上承式連續(xù)梁拱組合體系橋梁設(shè)計(jì)實(shí)例探究

        2017-12-29 00:00:00繆春明
        時(shí)代汽車 2017年1期

        摘 要:本文介紹了一座上承式連續(xù)梁混凝土桁架拱橋的工程案例,以該橋?yàn)槔榻B工程概況和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ,并總結(jié)了上承式連續(xù)梁拱組合體系橋梁設(shè)計(jì)特點(diǎn)和相關(guān)情況 ,可為類似橋梁的設(shè)計(jì)提供參考。

        關(guān)鍵詞:上承式;連續(xù)梁;組合;設(shè)計(jì)

        1 前言

        目前,國內(nèi)城市橋梁當(dāng)中,出現(xiàn)的組合結(jié)構(gòu)體系的橋梁越來越多,組合體系橋梁的發(fā)展已經(jīng)形成一個(gè)趨勢,其中連續(xù)梁拱組合體系橋梁是目前發(fā)展較快的一種橋型,這種橋型既有拱橋的曲線柔美,又能體現(xiàn)連續(xù)梁橋的簡潔平順,是一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、美觀的橋型。連續(xù)梁拱組合體系橋梁一般分為三種形式:上承式、中承式和下承式,本文結(jié)合某路橋工程的設(shè)計(jì)情況簡要分析了上承式連續(xù)梁拱組合體系橋梁的設(shè)計(jì)要點(diǎn),為類似工程的設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)。

        2 工程概述及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

        該橋梁全長 80m,為一座三跨連續(xù)上承式混凝土桁架拱橋。目前已竣工通車。工程設(shè)計(jì)主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn):道路等級:城市主干路;道路設(shè)計(jì)車速: 60km/h;道路設(shè)計(jì)車道:雙向六車道;橋梁設(shè)計(jì)荷載:城-A級汽車荷載;地震基本烈度:7度。

        3 橋梁總體及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        橋梁跨徑布置為21.5+37+21.5=80m,橋梁總寬為 29.5m,兩側(cè)各 3.5m寬人行道;全橋橫向分左、右兩幅等寬橋,單幅橋?qū)?/p>

        14.74m,兩幅橋間設(shè)2cm寬沉降縫。橋梁上部結(jié)構(gòu)外觀為三跨連續(xù)上承式混凝土桁架拱橋,實(shí)則橋梁兩橋墩頂均設(shè)置斷縫,兩邊跨為一端固結(jié)于橋墩,一端簡支于橋臺的桁式梁結(jié)構(gòu),而中跨為兩端固結(jié)于橋墩的桁式拱結(jié)構(gòu),邊跨與中跨由橋墩連系。邊跨與中跨橋梁上部結(jié)構(gòu)均由下弦拱圈、上弦板(梁)以及立柱、斜桿組成。

        斜桿采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),下弦拱圈、拱上立柱及上弦板(梁)采用普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。拱圈采用實(shí)心矩形截面,上弦板(梁)采用箱形截面,拱圈在拱腳處與橋墩固結(jié),在拱頂處與上弦梁合并。立柱、斜桿采用實(shí)心矩形截面,端部分別與上弦板和拱圈固結(jié)。橋墩、橋臺為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁,如下圖所示。

        3.1 拱圈

        軸線立面線形采用二次拋物線,中跨曲線方程:y=-0.01753x2+0.64865x( 0≤x≤37m),坐標(biāo)原點(diǎn)取為拱軸線與 1#橋墩軸線交點(diǎn)。邊跨曲線方程:y=-

        橋梁立面圖(長度單位:m)

        3.3 拱上立柱和斜桿

        拱上立柱采用現(xiàn)澆C50普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)斷面為矩形實(shí)心截面,全橋橫橋向共2列,厚度分0.3m和0.25m兩種;拱上斜桿采用現(xiàn)澆C50預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)斷面為矩形實(shí)心截面,全橋橫橋向共2列,厚度為

        0.3m。

        3.4 基礎(chǔ)及下部結(jié)構(gòu)

        (1)橋墩:采用現(xiàn)澆 C30普通鋼筋混凝土實(shí)體墩墻,墩身寬度為12.75m,厚度為

        1.6m,橫橋向分為兩座。

        (2)橋臺:采用重力式橋臺,C30普通鋼筋混凝土,橫橋向分為兩座,中間設(shè)隔斷縫,臺身為一字型鋼筋混凝土直立墻,墻身厚度1.65m。

        (3)承臺:現(xiàn)澆C25普通鋼筋混凝土,橫橋向分為兩座。

        (4)樁基:采用C25普通鋼筋混凝土鉆孔灌注樁,橋臺樁樁徑為1.2m,橋墩樁樁徑為1.5m。

        4 施工流程

        結(jié)合北方河流的季節(jié)性水文特點(diǎn),主橋施工建議采用臨時(shí)墩-梁組合式支架架設(shè)法。施工流程主要包含六個(gè)施工階段:第一階段:河道內(nèi)修筑導(dǎo)流圍堰,架設(shè)臨時(shí)便橋,根據(jù)拱圈臨時(shí)支架位置布置便橋橋墩,墩、臺基礎(chǔ)以及墩、臺身混凝土施工;第二階段:拱圈支架設(shè)立;第三階段:拱圈、上弦梁施工,拱上立柱、斜桿施工;第四階段:上弦板施工;第五階段:張拉拱上斜桿預(yù)應(yīng)力鋼束,拱圈支架拆除;第六階段:人行道欄桿制作安裝,橋面系施工。

        5 總體計(jì)算分析

        5.1 計(jì)算方法及主要參數(shù)選取

        由于橋梁橫橋向分為兩幅橋,兩幅橋間設(shè)置縱縫,且兩幅橋關(guān)于橋中線完全對稱,故計(jì)算中按單幅橋進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,計(jì)算方法及參數(shù)選取如下:

        (1)使用《橋梁博士3.1.0》軟件,按平面桿件進(jìn)行受力計(jì)算與分析。

        (2)計(jì)算中考慮橋梁縱坡影響,忽略橫坡影響,但橋面單元高度取截面平均高度。

        (3)施工流程①滿堂支架澆注橋墩、拱圈及上弦梁單元混凝土;②澆注豎桿及斜桿單元混凝土;③澆注上弦板單元混凝土;④張拉斜桿內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼束;⑤拆支架;⑥上二期恒載;⑦使用階段。

        (4)計(jì)算時(shí)按3車道加載。

        (5)相對濕度取 0.8,結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)

        1.0。

        (6)橋面橫向分布調(diào)整系數(shù)2.691;沖擊系數(shù)0.417。

        5.2

        設(shè)計(jì)荷載

        5.2.1

        恒載

        (1)混凝土容重按25kN/m3計(jì)。

        (2)橋面鋪裝瀝青混凝土厚度7cm,容重按23kN/m3計(jì)。

        (3)橋面鋪裝混凝土(內(nèi)設(shè)鋼筋網(wǎng))厚度8cm,容重按25kN/m3計(jì)。

        (4)人行道鋪裝輕質(zhì)混凝土、方磚及邊石,容重按23kN/m3計(jì)。

        (5)人行道欄桿及其底座,按 4.5kN/m計(jì)。

        5.2.2 活載

        (1)汽車荷載:城-A級汽車荷載;

        (2)人群荷載:3.7kPa。

        5.2.3 其他荷載

        (1)整體升溫:+21.3℃;(2)整體降溫:-30.3℃;(3)橋面板升溫:橋面板頂緣8.5℃(除去鋪裝),距頂板2cm處6.22℃,距頂板 32cm處0℃;( 4)橋面板降溫:橋面板頂緣-4.25℃(除去鋪裝),距頂板2cm處-3.11℃,距頂板 32cm處0℃;( 5)基礎(chǔ)按彈性地基進(jìn)行模擬。

        5.3 主要構(gòu)件鋼束及普通鋼筋布置情況

        (1)0#~1#邊跨斜桿1、2中預(yù)應(yīng)力束均為15-5鋼絞線22束,間距@50cm;2#~3#邊跨斜桿 1、2中預(yù)應(yīng)力束均為 15-5鋼絞線 21束,間距@50cm。1#~2#中跨靠近1號墩側(cè)斜桿3、4中預(yù)應(yīng)力束均為 15-5鋼絞線 21束,間距@50cm;靠近2號墩側(cè)斜桿3、4中預(yù)應(yīng)力束均為15-5鋼絞線22束,間距@50cm。斜桿鋼束均為上端張拉,下端錨固。

        (2)邊跨拱圈除跨中下緣局部配置雙層 Φ32@10cm鋼筋外,其余位置上、下緣均配置單層Φ32@10cm鋼筋;中跨拱圈上、下緣均配置單層Φ32@10cm鋼筋。

        (3)所有拱上立柱上、下緣配筋均為 Φ16@10cm。

        ( 4)上弦板上、下緣配筋均為 Φ20@10cm。

        (5)普通鋼筋均為HRB335鋼筋。

        5.4 總體計(jì)算分析結(jié)果

        (1)斜桿應(yīng)力結(jié)果

        ①最不利位置發(fā)生在斜桿與拱圈相交處;②正常使用極限狀態(tài)下短期效應(yīng)組合截面最小主應(yīng)力為-0.034MPa;③正常使用極限狀態(tài)下長期效應(yīng)組合截面最小正應(yīng)力為

        1.19MPa;④正常使用極限狀態(tài)下標(biāo)準(zhǔn)效應(yīng)組合截面最大主應(yīng)力為 5.3MPa。根據(jù)上述結(jié)果,斜桿滿足A類構(gòu)件的要求。

        (2)普通鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫結(jié)果正常使用極限狀態(tài)下最大裂縫為

        0.167mm,位置位于中跨跨中下緣,滿足裂縫寬度小于0.2mm的要求。

        (3)上部結(jié)構(gòu)剛度驗(yàn)算結(jié)果

        邊跨由汽車荷載(不計(jì)沖擊力)產(chǎn)生的最大撓度值為:1.9mm

        6 結(jié)語

        本文中所介紹的工程案例,已經(jīng)正常運(yùn)行多年,期間未出現(xiàn)異常情況,較好地滿足了設(shè)計(jì)的要求。以上所述為作者在本橋設(shè)計(jì)過程中對工程實(shí)例的簡要總結(jié),希望本文能為今后的鋼筋混凝土桁架拱橋的設(shè)計(jì)提供并積累經(jīng)驗(yàn)。

        參考文獻(xiàn):

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        [2]陳萬龍 .廣州新光大橋主拱鋼 -混凝土縱梁設(shè)計(jì)研究 [J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2009(5): 68 69.

        [3]曾勇霖 .連續(xù)梁拱組合橋梁上部結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)研究 [J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào), 2013(34).

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