蔡亮

（中鐵上海設(shè)計院集團有限公司 江蘇南京 210009）

1 引言

宣城市±1100kV古泉換流站工程是國家電網(wǎng)公司貫徹中央新疆工作座談會精神、落實國家西電東送戰(zhàn)略的重點工程。該工程位于宣城市宣州區(qū)古泉鎮(zhèn)西偏南8km的姚貸崔村附近，東距滬渝高速7km，南距銅宣高速3km。根據(jù)換流變壓器運輸參數(shù)和公路運輸條件，需采用3縱列18軸線液壓平板車裝載運輸大件設(shè)備。工程建設(shè)需要安裝換流變壓器等大件設(shè)備，國家電網(wǎng)公司對大件設(shè)備運輸通道進行了專題設(shè)計。

根據(jù)本工程大件設(shè)備運輸通道總體走向，設(shè)備沿途運輸需經(jīng)過皖贛鐵路K49+325處大山頭橋，此橋位于老S322省道，上部采用3跨16m預應力混凝土T梁上跨皖贛鐵路，目前已被評定為危橋，不能滿足大件設(shè)備運輸荷載等級要求。本次工程擬在老橋北側(cè)新建（20+25+20）m小箱梁上跨皖贛鐵路以滿足大件設(shè)備運輸要求，新橋建成通車后拆除原有老橋。

本文以一輛特載車通過預應力混凝土箱梁橋為背景，為保證大件荷載通過橋梁的安全性，采用橋梁專用有限元軟件“midas civil 2015”按規(guī)范[1]相關(guān)要求進行結(jié)構(gòu)驗算，主要內(nèi)容包括：①上部預制箱梁結(jié)構(gòu)持久狀況承載能力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)；②下部蓋梁、墩柱持久狀況承載能力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)；③樁基持久狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)。

2 項目概況

宣城市老S322省道上跨皖贛鐵路原有大山頭橋一座，老橋上部結(jié)構(gòu)采用（3×16m）預應力混凝土T梁，老橋使用狀況較差，橋面鋪裝、護欄、伸縮縫均有不同程度損壞，T梁梁底及橫隔板部分開裂。老橋現(xiàn)狀限速20km/h，限載15t。根據(jù)業(yè)主要求，現(xiàn)狀橋梁對鐵路行車安全構(gòu)成極大安全隱患，需盡早對橋進行整治，消除安全隱患。本次項目待新建上跨皖贛鐵路橋通車后對既有老橋進行拆除。

新建上跨皖贛鐵路中橋采用簡支組合箱梁，橋梁按斜15°布置，橋梁全寬15m，濕接縫寬度39.8cm。橋梁上部結(jié)構(gòu)采用（20+25+20）m裝配式預應力混凝土箱形簡支梁，橋面連續(xù)，全橋共一聯(lián)，全長72.20m。橋面由下至上為10cm厚C50現(xiàn)澆混凝土、防水涂層、10cm瀝青混凝土鋪裝。0號橋臺、3號橋臺設(shè)D60伸縮縫，全橋均設(shè)盆式橡膠支座。橋梁下部結(jié)構(gòu)采用樁柱式墩、臺，墩、臺蓋梁高分別為1.7m、1.4m，1.4m柱、1.5m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，均按嵌巖樁設(shè)計（見圖1、圖2）。

圖1 橋型布置圖

本項目建設(shè)目的主要用于滿足大件設(shè)備運輸條件，大件設(shè)備凈寬5.2m，凈高按≥7.3m控制。大件設(shè)備由兩輛重車牽引。設(shè)備單軸重37.82t，每軸輪胎12只，總共18個軸，總重680.7t，荷載等級遠高于現(xiàn)階段常用的公路-Ⅰ級荷載。

圖2 橋梁橫斷面圖

3 結(jié)構(gòu)驗算

3.1 驗算模型

采用橋梁專用有限元分析軟件midas civil 2015分別建立上部25m（邊跨20m計算方法同）單梁模型、下部蓋梁墩柱模型進行驗算；樁基按照規(guī)范[4]進行驗算。

“楓橋經(jīng)驗”發(fā)源于20世紀60年代紹興楓橋的“社教運動”，主要內(nèi)容是發(fā)動和依靠群眾，堅持矛盾不上交，就地解決，實現(xiàn)捕人少，治安好。50年來，“楓橋經(jīng)驗”不斷尋求自身突破與理念升華，成為有效化解社會矛盾的好經(jīng)驗、社會治安綜合治理的好典型、新時期社會管理創(chuàng)新的好樣板?！皸鳂蚪?jīng)驗”作為一種獨特的地方治理模式探索，在一定意義上，已成為一種活的、具有本土性質(zhì)的法治實踐。從法治的視角看，“楓橋經(jīng)驗”與時俱進的發(fā)展，呈現(xiàn)出四種轉(zhuǎn)變：

荷載取值情況如下：

（1）恒載?；炷粒褐亓γ芏圈?25.0kN/m3，瀝青混凝土：重力密度γ=24.0kN/m3。對單片中梁，考慮人行道及護欄荷載橫向分布系數(shù)取0.13，綜合橋面鋪裝荷載，二期恒載均布合計7.8kN/m；濕接縫取1.7kN/m；兩側(cè)端橫梁、跨中三處橫隔板以集中力形式分別取7.6kN、2.4kN。

（2）移動荷載。特載車按實際重載車軸重及軸距取值；滿足1.3倍公路-I級[1]荷載要求。

（3）混凝土收縮、徐變：按規(guī)范[2]取值計算。

（4）豎向梯度溫度效應：按規(guī)范[1]第4.3.12條取用。

（5）最不利板梁4#～7#荷載橫向分布系數(shù)取值：0.16。

荷載組合及系數(shù)取值：本項目為三級公路，由于公路橋涵通用規(guī)范[1]無相應超載車輛系數(shù)取值，本次大件荷載系數(shù)取值應結(jié)合城市橋梁規(guī)范[3]。采用橋規(guī)[1]4.1.5的基本組合，但特種荷載效應的分項系數(shù)取1.1，恒載效應的分項系數(shù)取1.2，結(jié)構(gòu)重要系數(shù)取1.0。按持久狀況正常使用極限狀態(tài)驗算時，荷載效應組合采用標準組合，即各項荷載效應分項系數(shù)取1.0。

3.2 梁體驗算

3.2.1 施工階段法向應力驗算（短暫狀況構(gòu)件應力驗算）

表1 施工階段法向壓應力驗算包絡表

3.2.2 使用階段正截面抗彎承載能力驗算 （持久狀況承載能力極限狀態(tài)驗算）

各截面的彎矩設(shè)計值見圖3，截面跨中最大彎矩值為6607.8kN·m，小于構(gòu)件抗彎承載能力設(shè)計值8643.9kN·m。

圖3 使用階段正截面抗彎承載能力包絡圖

3.2.3 使用階段斜截面抗剪承載能力驗算 （持久狀況承載能力極限狀態(tài)驗算）

各截面的剪力設(shè)計值見圖4，截面最大剪力值為1121.6kN，小于構(gòu)件抗剪承載能力設(shè)計值2749.1kN。

圖4 斜截面抗剪承載能力驗算包絡圖

3.2.4 使用階段正截面抗裂驗算（持久狀況正常使用極限狀態(tài)驗算）

在作用（荷載）短期效應組合、長期效應組合下，邊緣最小應力見表2。

表2 使用階段正截面抗裂驗算包絡表

3.2.5 使用階段斜截面抗裂驗算（持久狀況正常使用極限狀態(tài)驗算）

在作用（荷載）短期效應組合下，斜截面邊緣最小應力。驗算得斜截面抗裂最大主拉應力為-0.012MPa。

3.2.6 使用階段正截面壓應力、斜截面主壓應力驗算（持久狀況構(gòu)件應力驗算）

正截面最大壓應力、斜截面主壓應力。應力驗算：正截面壓應力15.946MPa，斜截面主壓應力15.946MPa。

3.2.7 撓度驗算（持久狀況正常使用極限狀態(tài)驗算）

短期荷載組合位移消除自重產(chǎn)生的位移并乘以撓度長期增長系數(shù)1.425（C50），最大撓度值 19.1mm。

3.3 蓋梁驗算

3.3.1 使用階段正截面抗彎承載能力驗算

荷載組合下最大負彎矩值為1578.2kN·m，位于邊支點；最大正彎矩為2176.6kN·m，位于邊支點與中支點之間。蓋梁支點抗彎承載能力5770.1kN·m，邊支點與中支點之間最大正彎矩抗彎承載能力為3539.1kN·m。蓋梁正截面抗彎承載力滿足要求。

3.3.2 使用階段斜截面抗剪承載能力驗算

荷載組合下蓋梁最大剪力為8940.3kN，最大剪力位置對應抗剪能力為9911.6kN，蓋梁斜截面抗剪承載能力滿足規(guī)范要求。

3.3.3 裂縫寬度驗算

標準組合下蓋梁最大裂縫寬度為0.133mm，位于邊支點與中支點之間，規(guī)范[3]容許超載車輛過橋最大裂縫寬度為0.25mm，裂縫寬度驗算滿足規(guī)范要求。

3.4 樁基單樁承載力驗算

橋墩樁基樁頂最大反力為8543.2kN，由于項目區(qū)域地質(zhì)較好，持力層為中風化砂巖，樁基側(cè)摩阻力標準值120kPa，地基承載力基本容許值800kPa，巖石飽和單軸抗壓強度標準值為15MPa，樁基可按嵌巖樁設(shè)計，持力層深度只需滿足嵌巖要求即可。經(jīng)驗算樁基豎向承載力滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論

（1）為確保特載車能安全過橋，在加強橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)上，同時應保證特載車按規(guī)定路線行駛且速度不應大于5km/h，確保橋梁結(jié)構(gòu)安全。

（2）本次設(shè)計難點主要體現(xiàn)在“防止單梁過度受力”。本次在加強單梁結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)上，通過設(shè)置合理間距的橫隔板、在簡支箱梁兩側(cè)設(shè)置端橫梁等措施以確保梁體間緊密聯(lián)系及共同受力，并加大箱梁頂板和濕接縫厚度以確保結(jié)構(gòu)安全。

（3）本工程采用簡支梁結(jié)構(gòu)造價最省、施工最短，不僅滿足道路功能，而且施工期間對鐵路運營影響最小，達到最初設(shè)計的目的。

[1]《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60-2015）.

[2]《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D62-2004）.

[3]《城市橋梁設(shè)計規(guī)范》（CJJ 11-2011）.

[4]《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（JTG D63-2007）.