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