董月龍

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600)

1 工程概況

橋址位于河南省洛陽(yáng)市，玻璃廠路下行匝道采用2×65 m預(yù)應(yīng)力混凝土T 構(gòu)轉(zhuǎn)體施工跨越隴海鐵路等7 條鐵路線[1]。公路與鐵路交叉角度100°，成交狀態(tài)凈距，7 號(hào)橋墩下承臺(tái)邊緣距西遷出線中心最小距離6.65 m，7 號(hào)橋墩鋼板樁邊緣距西遷出線中心最小距離5.40 m，8 號(hào)橋墩下承臺(tái)邊緣距機(jī)車(chē)折返3線中心最小距離8.33m，8 號(hào)橋墩挖孔樁邊緣距機(jī)車(chē)折返3 線中心最小距離5.92 m，圖1為橋址面布置。圖2為橋型布置圖。

隴海鐵路為國(guó)鐵Ⅰ級(jí)客貨共線雙線電氣化鐵路，本區(qū)間設(shè)計(jì)速度90 km/h。本項(xiàng)目跨越隴海鐵路處共7 股道，從北往南依次為洛陽(yáng)機(jī)車(chē)折返段3 股道、隴海貨運(yùn)線1 股道、隴海區(qū)間正線2 股道和遷出線1 股道。

標(biāo)準(zhǔn)橫斷面為單向兩車(chē)道，標(biāo)準(zhǔn)段橋?qū)?.2 m，主橋橫斷面布置：9.2 m 單向兩車(chē)道=0.6 m(HA 級(jí)防撞墻）+0.5 m(路緣安全帶）+3.5 m×2(兩車(chē)道）+0.5 m(路緣安全帶）+0.6 m(HA 級(jí)防撞墻），圖3為橋面布置圖。

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)參數(shù)[2-4]

1）荷載標(biāo)準(zhǔn)：城-A 級(jí)，提高30%。

2）道路等級(jí)：城市主干道匝道，單向兩車(chē)道，設(shè)計(jì)行車(chē)速度30～40 km/h。

3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100年。

4）設(shè)計(jì)安全等級(jí)：一級(jí)。

5）鐵路限界：隴海鐵路凈高≥7.96 m，西遷出線及機(jī)車(chē)折返段鐵路凈高≥6.55 m。

6）路面橫坡：?jiǎn)蜗?.5%～2%變化。

7）一期恒載：主梁自重，按結(jié)構(gòu)實(shí)際截面尺寸計(jì)入，取26 kN/m3；二期恒載：二期恒載包括防水層、瀝青、防護(hù)屏、防護(hù)欄等附屬設(shè)施重量。瀝青：19.37 kN/m； 調(diào)平層：16.14 kN/m；HA 防撞墻：25.50 kN/m(兩側(cè)）；防護(hù)屏：5 kN/m(兩側(cè)）。

8）橋墩不均勻沉降:邊墩按10 mm 考慮，主墩按20 mm計(jì)算。

9）全橋梯度溫度：采用14℃～5.5℃～0℃和-7℃～-2.75℃～0℃考慮。

10）全橋整體升溫25 ℃，整體降溫25 ℃。

3 主橋設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

上部結(jié)構(gòu)采用單箱單室直腹板箱形截面； 沿箱梁結(jié)構(gòu)中心線中支點(diǎn)處梁高7.0 m，邊支點(diǎn)等高段梁高3.5 m，等高段長(zhǎng)4.95 m；其余梁底線形按圓曲線變化。箱梁頂板寬10.7～9.2 m，底板寬5.8 m。兩側(cè)懸臂長(zhǎng)度為2.45～1.7 m；懸臂板端部厚0.3 m，根部厚0.5 m，距離端部1.7～2.45 m 位置懸臂厚度為0.3 m(懸臂端等厚加寬）；箱梁頂板厚0.28～0.5 m，中支點(diǎn)和邊支點(diǎn)處分別增至0.85～0.55 m；底板厚度為0.25～0.9 m，中支點(diǎn)和邊支點(diǎn)處分別增至1.5 m、0.55 m；腹板厚度為0.5～0.8 m，中支點(diǎn)和邊支點(diǎn)處分別增至1.1 m、0.8 m。中支點(diǎn)處對(duì)應(yīng)墩身設(shè)置中橫梁，厚為3.6 m，邊支點(diǎn)處端橫梁厚1.5 m。圖4為箱梁橫斷面布置。

梁體梁頂和梁底保持水平，通過(guò)整體箱梁剛性扭轉(zhuǎn)形成橋面橫坡。橋面橫坡與道路橫坡保持一致，為1.5%～2%單向坡。

該橋與部分國(guó)內(nèi)同類(lèi)公路橋梁細(xì)部尺寸及用料指標(biāo)比較列于表1[5-7]。

表1 某橋與部分國(guó)內(nèi)同類(lèi)公路橋梁上部結(jié)構(gòu)主要指標(biāo)比較表

3.2 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中墩為墩梁固結(jié)箱形實(shí)體截面，墩身縱橫向尺寸為3.6 m×5.8 m，直坡。主墩采用9 根φ1.5 m 鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，按摩擦樁設(shè)計(jì)。承臺(tái)分上下兩層，上承臺(tái)兼做轉(zhuǎn)體支座的上轉(zhuǎn)盤(pán)，上承臺(tái)縱橫向尺寸為8.6 m×8.6 m，高2.0 m，下承臺(tái)縱橫向尺寸為10.5 m×10.5 m，高3.5 m，轉(zhuǎn)體施工完畢后，用C50 微膨脹混凝土封閉轉(zhuǎn)體支座。邊墩為花瓶式實(shí)體墩，墩身縱橫向尺寸為1.8 m×3.9 m，直坡，承臺(tái)縱橫向尺寸為5.7 m×5.7 m，高2.0 m，樁基為4 根φ1.2m 的鉆孔樁，按摩擦樁設(shè)計(jì)。

4 結(jié)構(gòu)分析計(jì)算

4.1 設(shè)計(jì)材料

主梁采用C55 混凝土，按部分預(yù)應(yīng)力混凝土A 類(lèi)構(gòu)件設(shè)計(jì)。橋墩、承臺(tái)采用C50 混凝土，樁采用水下C30 混凝土，防撞護(hù)欄采用C40 混凝土。

預(yù)應(yīng)力體系： 縱向預(yù)應(yīng)力采用φs15.2 mm 高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，彈性模量：1.95×105MPa，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度：1 860 MPa，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：1 260 MPa，鋼絞線松弛系數(shù)：0.3，孔道偏差系數(shù)：0.001 5，孔道摩阻系數(shù)：0.23，錨具變形及鋼束回縮每端按6 mm 計(jì)，波紋管均采用金屬波紋管。腹板豎向預(yù)應(yīng)力采用直徑32 mm 預(yù)應(yīng)力混凝土用螺紋鋼筋，抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度930 MPa，錨下張拉控制應(yīng)力697.5 MPa，彈性模量E=2.0×105MPa，鐵皮管成孔，以50 cm 間隔布置在A0和A1節(jié)段，每一節(jié)段靠近施工接頭的最后一根頂板豎向預(yù)應(yīng)力束待下一節(jié)段澆筑完成后再?gòu)埨?，豎向預(yù)應(yīng)力混凝土用螺紋鋼筋施工中應(yīng)采用低回縮張拉體系施工并采用二次張拉工藝，豎向預(yù)應(yīng)力孔道注漿采用回縮灌漿料灌漿工藝。墩梁固結(jié)處縱豎向鋼束布置見(jiàn)圖5。

4.2 結(jié)構(gòu)模型

利用有限元計(jì)算軟件橋梁博士V4.0.2，模型采用平面桿系單元，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)在各個(gè)施工階段進(jìn)行分析，將箱梁結(jié)構(gòu)縱橋向劃分為70 個(gè)單元，71 個(gè)節(jié)點(diǎn)；梁按節(jié)段現(xiàn)澆施工，共分為4 個(gè)施工段，各節(jié)段長(zhǎng)度分別為A0=20 m、A1=12 m、A2=12 m、A3=26 m、A4=4.95 m，模型見(jiàn)圖6。

計(jì)算得到持久狀況承載能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)；持久狀況構(gòu)件應(yīng)力。

4.3 箱梁計(jì)算結(jié)果

箱梁計(jì)算結(jié)果均滿足計(jì)算要求，詳見(jiàn)表2。

表2 計(jì)算結(jié)果匯總表

4.4 箱梁各分項(xiàng)荷載作用敏感性分析

計(jì)算的分項(xiàng)荷載包括恒載、預(yù)應(yīng)力、汽車(chē)活載、整體升降溫、梯度升降溫、收縮、徐變及基礎(chǔ)不均勻沉降，各分項(xiàng)荷載作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力見(jiàn)表3[8-10]。

表3 各分項(xiàng)荷載作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力匯總表

根據(jù)表3進(jìn)行敏感性分析，對(duì)于主梁縱橋向的彎矩，恒載是最主要的荷載作用，預(yù)應(yīng)力是最主要的抗力，汽車(chē)荷載是次要敏感性荷載，溫度、收縮徐變和基礎(chǔ)不均勻沉降的影響均較小。

5 結(jié)論

1）轉(zhuǎn)體橋梁應(yīng)滿足鐵路建筑限界、線路既有設(shè)備安全、路基邊坡穩(wěn)定等要求選取合理的橋梁結(jié)構(gòu)類(lèi)型及施工方法。

2）上部結(jié)構(gòu)計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，且本橋已運(yùn)營(yíng)通車(chē)，全橋工作狀態(tài)良好。

3）恒載是影響結(jié)構(gòu)受力的最主要敏感因素，活載是次主要敏感因素，溫度、收縮徐變和基礎(chǔ)不均勻沉降的影響均較小。

6 展望

1）本橋高跨比較同類(lèi)橋梁較大，分析原因可能與本橋橋面較窄有關(guān)，下一步將分析同孔徑不同橋?qū)挼闹笜?biāo)及內(nèi)力進(jìn)行分析研究。

2）在本橋前期設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中由于多次計(jì)算通不過(guò)，經(jīng)過(guò)幾次梁高增加調(diào)整，分析可能是由于橋面較窄，重力集成較大，且溫度、收縮徐變等對(duì)計(jì)算分析有一定影響，下一步將對(duì)Midas 和橋梁博士分析數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比研究，并對(duì)同孔徑不同橋?qū)捲O(shè)計(jì)進(jìn)行研究對(duì)比，從而得出關(guān)鍵控制因素。