毋曉琛

(山西省交通科技研發(fā)有限公司 太原市 030006)

1 概述

1.1 橋梁概況

某連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)榭缭胶恿鞫O(shè)，采用三跨連續(xù)剛構(gòu)體系，分離式單幅橋，上部結(jié)構(gòu)為跨徑組合(72+130+72)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，主墩墩梁固結(jié)，主墩采用薄壁空心墩，主橋上部結(jié)構(gòu)采用懸臂施工法施工。主橋上部橫截面采用單箱單室箱型截面，支點(diǎn)處梁高7.9m，跨中梁高3.2m，橋面采用單面坡，箱梁高度按1.8次拋物線變化；支點(diǎn)底板厚度130cm，跨中底板厚32cm，箱梁底板厚度按1.8次拋物線變化；橫截面為單箱單室直腹板箱梁，箱梁頂寬為12.55m，底板寬度為7.05m，箱梁兩端懸臂長(zhǎng)度均2.75m。主梁典型斷面如圖1所示。

圖1 主梁一般構(gòu)造圖(單位：cm)

主橋橋墩采用空心薄壁墩，墩高分別為70m和77m，最大外輪廓尺寸為橫向7.05m，順橋向6m，內(nèi)設(shè) 70×50cm 倒角，墩底設(shè)3.0m厚實(shí)心段。橋墩壁橫橋向厚 0.7m，縱橋向厚 0.7m。承臺(tái)尺寸為 11.9m×11.9m，厚 4.5m。主墩基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，每墩采用 9 根直徑1.8m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，布置如圖2所示。

圖2 橋墩一般構(gòu)造圖(單位：cm)

1.2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

公路等級(jí)：高速公路。

設(shè)計(jì)速度：80km/h。

橋梁設(shè)計(jì)荷載：公路-Ⅰ級(jí)。

地震動(dòng)峰值加速度：0.05g。

橋面寬度：標(biāo)準(zhǔn)橫斷面為0.525m(外側(cè)護(hù)欄)+11.5m(機(jī)動(dòng)車道)+0.525m(外側(cè)護(hù)欄)，橋面寬度為12.55m。

1.3 問(wèn)題的提出

原設(shè)計(jì)橋墩橫向尺寸為7.05m，施工過(guò)程中由于各種偏差造成橋墩橫向尺寸為6.95m，較原設(shè)計(jì)相差10cm。為驗(yàn)算橋墩橫向尺寸減小10cm對(duì)橋墩受力的影響，建立了原設(shè)計(jì)模型和橋墩減少10cm后的模型進(jìn)行承載力驗(yàn)算和正常使用階段驗(yàn)算，確保減少后的橋墩滿足設(shè)計(jì)使用要求。為方便描述，橫向7.05m的橋墩稱為原結(jié)構(gòu)，6.95m的橋墩稱為現(xiàn)結(jié)構(gòu)[1-2]。

2 模型建立

采用有限元分析軟件Midas Civil分別建立原結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的空間桿系有限元模型，如圖3所示，現(xiàn)階段模型僅改變橋墩橫向?qū)挾燃从?.05m改為6.95m。單個(gè)模型全橋共有單元111個(gè)，節(jié)點(diǎn)114個(gè)。主墩墩底固結(jié)，邊跨設(shè)滑動(dòng)支座，墩梁固結(jié)。主梁采用標(biāo)號(hào)為C55混凝土，空心薄壁墩采用C40，承臺(tái)采用C35，固結(jié)端采用剛臂模擬墩梁固結(jié)，主橋墩底按照固結(jié)處理，過(guò)渡墩設(shè)置滑動(dòng)支座[3-4]。

圖3 連續(xù)鋼構(gòu)有限元模型示意圖

3 施工階段橋墩內(nèi)力分析

連續(xù)剛構(gòu)施工階段最不利狀態(tài)時(shí)最大懸臂，此時(shí)分別考慮三種荷載工況：工況一是最大懸臂狀態(tài)一側(cè)不平衡重(單側(cè)澆注按超方5%考慮)；工況二是最大懸臂狀態(tài)超方+施工階段橫向風(fēng)荷載；工況三是最大懸臂狀態(tài)超方+施工階段順橋向風(fēng)荷載[5]。根據(jù)橋位所在地選取基本風(fēng)速為29.1m/s，根據(jù)《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG/T 3360-01—2018)的規(guī)定對(duì)施工階段風(fēng)荷載進(jìn)行計(jì)算，原結(jié)構(gòu)主梁橫向風(fēng)荷載為20.1kN/m，橋墩橫向風(fēng)荷載為10.2kN/m，主梁順橋風(fēng)荷載為5.03kN/m，橋墩橫向風(fēng)荷載為10.7kN/m?，F(xiàn)結(jié)構(gòu)主梁橫向風(fēng)荷載為20.1kN/m，橋墩橫向風(fēng)荷載為10.2kN/m，主梁順橋風(fēng)荷載為5.03kN/m，橋墩橫向風(fēng)荷載為10.63kN/m[6]。計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 施工階段最大懸臂狀態(tài)墩底內(nèi)力對(duì)比表

通過(guò)對(duì)比可知，施工階段最大懸臂狀態(tài)現(xiàn)結(jié)構(gòu)較原結(jié)構(gòu)橋墩內(nèi)力變化很小，兩橋墩墩底軸力減小約0.1%；最大懸臂狀態(tài)橫向風(fēng)荷載產(chǎn)生的內(nèi)力相同；縱向風(fēng)荷載產(chǎn)生的My最大相差0.12%。通過(guò)對(duì)比，施工階段原結(jié)構(gòu)和現(xiàn)結(jié)構(gòu)橋墩內(nèi)力變化很小，可忽略不計(jì)。

4 成橋階段橋墩內(nèi)力分析

對(duì)原結(jié)構(gòu)和現(xiàn)結(jié)構(gòu)的成橋運(yùn)營(yíng)階段進(jìn)行承載能力和正常使用狀態(tài)計(jì)算分析。承載能力狀態(tài)考慮恒載+溫度+百年風(fēng)的基本組合，正常使用狀態(tài)考慮恒載+活載+溫度+運(yùn)營(yíng)風(fēng)的頻遇值組合[7]。

4.1 承載能力極限狀態(tài)

根據(jù)橋位選取百年基本風(fēng)速為29.1m/s，根據(jù)《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG/T 3360-01—2018)的規(guī)定進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 承載能力極限狀態(tài)橋墩內(nèi)力對(duì)比表

通過(guò)對(duì)比可知，成橋階段按照承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行內(nèi)力組合，現(xiàn)結(jié)構(gòu)較原結(jié)構(gòu)橋墩內(nèi)力變化很小，可忽略不計(jì)。

4.2 正常使用極限狀態(tài)

成橋階段運(yùn)營(yíng)風(fēng)速為25m/s，根據(jù)《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG/T 3360-01—2018)的規(guī)定進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表3所示[8]。

表3 正常使用極限狀態(tài)橋墩內(nèi)力對(duì)比表

通過(guò)對(duì)比可知，成橋階段按照正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行內(nèi)力組合，現(xiàn)結(jié)構(gòu)較原結(jié)構(gòu)橋墩內(nèi)力變化很小，達(dá)不到0.01%，亦可忽略不計(jì)。

5 現(xiàn)結(jié)構(gòu)墩身承載力分析

現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)橋墩墩身截面尺寸為6.95×6m(橫向×順向)，豎向鋼筋根數(shù)及直徑維持原結(jié)構(gòu)，原結(jié)構(gòu)主筋直徑為32mm，并2排布置，橫向布置56排，單側(cè)共計(jì)112根，順橋向布置48排，單側(cè)共計(jì)56根，鋼筋中心距外邊緣7.5cm；箍筋直徑為16mm，豎向間距10cm。根據(jù)第4.1節(jié)計(jì)算承載能力極限狀態(tài)下橋墩的內(nèi)力，對(duì)墩身承載力進(jìn)行驗(yàn)算，計(jì)算如表4和表5所示。

從表4和表5可以看出現(xiàn)結(jié)構(gòu)橋墩順橋向和橫橋向設(shè)計(jì)承載力安全系數(shù)均大于1，滿足設(shè)計(jì)使用要求。

表4 承載能力極限狀態(tài)橋墩順橋向驗(yàn)算表

表5 承載能力極限狀態(tài)橋墩橫橋向驗(yàn)算表

以上分析結(jié)果表明該橋橋墩由于施工誤差造成橫向尺寸減少10cm后，無(wú)論施工階段還是成橋運(yùn)營(yíng)階段影響都不大，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算亦滿足要求，同時(shí)橋墩全截面受壓無(wú)裂縫。但橋墩橫向尺寸較主梁少10cm(橋墩橫向6.95m，主梁橫向7.05m)，對(duì)墩梁結(jié)合部位施工工藝要求較大，為保證豎向傳力順暢，初步提出橋墩豎向鋼筋在墩頂做喇叭口形與主梁豎向鋼筋焊接的處理措施，焊接長(zhǎng)度和伸進(jìn)長(zhǎng)度滿足規(guī)范要求[9-10]。

6 結(jié)論

(1)施工階段最大懸臂狀態(tài)現(xiàn)結(jié)構(gòu)較原結(jié)構(gòu)橋墩內(nèi)力變化很小，橋墩墩底豎向軸力減小約0.1%；最大懸臂狀態(tài)時(shí)縱向風(fēng)荷載產(chǎn)生的橫向彎矩最大相差0.12%，橫向風(fēng)荷載產(chǎn)生的內(nèi)力相同，故現(xiàn)結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化可忽略不計(jì)。

(2)成橋階段現(xiàn)結(jié)構(gòu)較原結(jié)構(gòu)橋墩內(nèi)力變化很小，可忽略不計(jì)。

(3)現(xiàn)結(jié)構(gòu)橋墩按原結(jié)構(gòu)配筋承載能力極限狀態(tài)安全系數(shù)均大于1，滿足設(shè)計(jì)要求。

(4)本橋墩橫向減少10cm對(duì)橋墩受力影響較小，但對(duì)墩梁固結(jié)位置施工要求較高，施工中應(yīng)避免該種狀況發(fā)生。