趙雄偉
(安徽省交通規(guī)劃設計研究總院股份有限公司,安徽 合肥 230088)
引江濟淮工程是一項以城鄉(xiāng)供水和發(fā)展江淮航運為主,結(jié)合灌溉補水和改善巢湖及淮河水生態(tài)環(huán)境的跨流域調(diào)水工程。玉蘭大道橋位于江淮溝通段航道里程樁號K21+873 m處,老橋跨徑布置為5×20 m預制空心板橋,橋面全寬45 m,如圖1所示。橋下通航凈寬和凈高均不滿足通航要求,需對老橋進行拆除重建。
圖1 玉蘭大道橋老橋照片
改建后的玉蘭大道橋按城市主干路標準設計,設計速度為50 km/h。引江濟淮工程在橋位處的通航尺度為115 m×8 m。為了滿足引江濟淮工程的通航及防洪要求,改建后的主橋采用跨徑為(80+135+80) m的部分斜拉橋。部分斜拉橋是近年來興起的一種新型橋梁結(jié)構(gòu)形式,其受力性能與結(jié)構(gòu)介于預應力混凝土連續(xù)梁與斜拉橋之間[1]。
主橋上部結(jié)構(gòu)主梁采用單箱四室大懸臂斜腹板預應力混凝土展翅寬幅箱梁,全橋共劃分為0#~24#塊,其中0#~1#塊采用托架現(xiàn)澆,2#~20#塊采用懸臂澆注法施工,21#塊為合龍段,22#~24#塊為邊跨支架段。
0#塊長8.0 m,1#~5#塊長2.5 m,6#~10#塊長3.0 m,11#~20#塊長3.5 m,合龍段長2.0 m,邊跨現(xiàn)澆段長11.3 m;箱梁頂板寬42 m,底板寬30.6 m,懸臂長度為5.7 m,懸臂下約每隔7 m設置1道加勁肋,加勁肋厚50 cm,根部高度為2.4 m,如圖2所示。
橫橋向箱梁底板保持水平,頂板橫坡通過腹板高度變化形成;跨中設計梁高3.0 m,支點設計梁高5.3 m,除墩頂段、支架現(xiàn)澆段及合龍等高段外,其余梁段按2.0次拋物線規(guī)律變化;箱梁頂板厚度30 cm;1#~14#塊腹板厚度為70 cm,16#~23#塊腹板厚度為50 cm;跨中底板厚度為30 cm,支點底板厚度為90 cm,懸澆部分底板厚度按2.0次拋物線規(guī)律變化。
梁上塔根處無索區(qū)長度為19.5 m,跨中無索區(qū)長度為9.0 m,拉索區(qū)長度為43.5 m,梁上索距分為6.0 m及7.0 m兩種;沿橋長方向拉索位置設置橫隔板,箱室隔板厚度50 cm,無索區(qū)段約每隔2個節(jié)段邊箱室設置一道隔板與大懸臂加勁相對應以改善結(jié)構(gòu)受力,加勁板厚度為50 cm。箱梁分別在中支點、梁端設置橫隔梁,中支點處橫梁厚度為5 m,梁端橫隔梁厚度為2.0 m。為方便箱梁的后期養(yǎng)護,箱梁底部設置人洞,以供后期養(yǎng)護人員進入箱梁內(nèi)部進行檢修。
主梁采用三向預應力體系,縱向預應力筋分別采用φs15.2-12、φs15.2-16、φs15.2-19鋼絞線;頂板橫向預應力筋采用φs15.2-4鋼絞線;豎向預應力筋采用φ32精軋螺紋鋼。
施工單位進場后,對橋位現(xiàn)場進行了復勘,由于引江濟淮河道尚未開挖,現(xiàn)場具備支架施工條件。結(jié)合現(xiàn)場施工工期及工序安排,建議將原設計懸臂澆筑施工方案變更為滿堂支架施工方案。
圖2 玉蘭大道主梁標準橫斷面圖及設計分段
主橋上部結(jié)構(gòu)主梁采用單箱四室大懸臂斜腹板預應力混凝土展翅寬幅箱梁,原設計采用掛籃懸臂施工,全橋共分為24個節(jié)段。變更設計后,箱梁構(gòu)造同原施工圖設計文件,僅分段方式進行了變更,全橋共分為0#~7#塊及中跨合龍段。根據(jù)計算結(jié)果,箱梁混凝土標號由C50提高至C55。
0#塊長13.0 m,1#塊長10 m,2#塊長9 m,3#塊長9.5 m,4#~6#塊長10.5 m,邊跨7#塊長13.3 m,中跨合龍段長2.0 m;箱梁頂板寬42 m,底板寬30.6 m,懸臂長度為5.7 m,懸臂下約每隔7 m設置1道加勁肋,加勁肋厚50 cm,根部高度為2.4 m,如圖3所示。
圖3 變更后箱梁節(jié)段劃分圖
結(jié)合施工方案,對主橋施工上部結(jié)構(gòu)預應力進行了調(diào)整,將原先錨固在每個施工節(jié)段面上的預應力集中錨固于7個施工縫位置處,結(jié)合計算結(jié)果,增加了跨中底板合攏鋼束,如圖4所示。
圖4 變更前后箱梁縱向預應力對比圖
根據(jù)矮塔斜拉橋的結(jié)構(gòu)特點,計算結(jié)構(gòu)在運營階段最不利組合下內(nèi)力、應力、位移等,驗算結(jié)構(gòu)的強度和剛度。全橋整體采用有限元軟件MIDAS Civil 2019建立模型,如圖5所示,進行靜力分析計算。主梁及橋塔模擬為梁單元,拉索采用只受拉桁架單元。
圖5 整體靜力分析模型圖
成橋整體計算考慮了以下作用荷載:結(jié)構(gòu)自重、混凝土收縮徐變(按10年考慮)、基礎沉降、預應力、汽車荷載、支座強迫位移、風荷載、整體升、降溫、梯度溫度豎向日照正溫差、反溫差、索梁溫差、索塔溫差等。
根據(jù)《規(guī)范》[2](JTG 3362-2018)中第6.3.1條規(guī)定,全預應力混凝土構(gòu)件,作用短期效應組合下,正截面抗裂強度滿足σst-0.8σpc≤0,如圖6所示。混凝土主梁上、下緣均為壓應力,無拉應力出現(xiàn),滿足規(guī)范要求。
圖6 混凝土主梁正截面抗裂應力包絡圖 (單位: MPa)
圖7 混凝土主梁標準組合應力包絡圖 (單位: MPa)
由于改變了箱梁節(jié)段的分段方式,相較于原設計懸澆的預應力分散錨固,在預應力錨固的斷面出現(xiàn)了較為明顯的壓應力集中 ,因此也提高了主梁混凝土的設計標號,由C50提高至C55。由圖7可知,主梁上、下緣最大壓應力值為16.5 MPa,小于C55混凝土抗壓允許值19.4 MPa。
本文介紹了大節(jié)段分段支架施工部分斜拉橋設計與傳統(tǒng)懸澆施工的部分斜拉橋的區(qū)別,通過不同的分段方案比較,采用大節(jié)段分段支架現(xiàn)澆施工的部分斜拉橋具有外觀質(zhì)量較好、線形美觀、施工速度相對較快,工期較短等優(yōu)點。通過對比測算,采用大節(jié)段分段支架施工可節(jié)約工期約230 d。
對主橋進行的有限元計算結(jié)果表明,由于箱梁階段分段較大,預應力在施工縫位置出現(xiàn)了較為明顯的應力集中,這在設計時需引起足夠的關注。