韓健

（蘇邑設(shè)計集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，橋梁工程的覆蓋面日益擴大。在橋梁工程建設(shè)過程中，往往會出現(xiàn)一些設(shè)計上的問題，從而影響施工的質(zhì)量和效率。因此，在橋梁工程設(shè)計過程中應(yīng)充分考慮各種因素與限制條件，對橋梁設(shè)計的各種結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算，最大程度地滿足設(shè)計要求。

1 工程概況

西寇南路建設(shè)工程位于南京市雨花經(jīng)濟開發(fā)區(qū)北部，足球小鎮(zhèn)生活社區(qū)內(nèi)部，是足球小鎮(zhèn)片區(qū)的骨架道路，交通方面承擔(dān)集散功能，并服務(wù)于兩側(cè)地塊，景觀方面是小鎮(zhèn)的形象展示窗口。隨著現(xiàn)代化建設(shè)逐步推進(jìn)，片區(qū)內(nèi)的岱山西路已開始施工，岱山東路即將施工，岱山中路已在方案設(shè)計階段，為加快地塊開發(fā)，營造良好投資環(huán)境，完善城市規(guī)劃路網(wǎng)，加快地塊間連通，西寇南路的建設(shè)迫在眉睫。西寇南路建設(shè)工程規(guī)劃為雙層路網(wǎng)，規(guī)劃道路等級為城市支路；其中，下層道路西起岱山西路，東至岱山東路，全長約1.52km，規(guī)劃紅線寬24m；上層道路西起龍舌路，東至文竹路，全長約0.78km，規(guī)劃紅線寬16m，采用框架橋梁將上層道路架空。該工程中的橋梁工程主要有：西側(cè)高架橋梁西起龍舌路，東接岱山中路；東側(cè)高架橋梁西起岱山中路，東至文竹路。該段高架橋梁起終點樁號為GK0+19.876—GK0+764.876，寬16～21.5m，平面位于直線段接R=504m 的右偏圓曲線接直線段上，采用框架結(jié)構(gòu)形式架空[1]。

2 工程建設(shè)環(huán)境

2.1 沿線自然地理概況

擬建場地位于南京市雨花臺區(qū)，擬建道路場地地勢稍有起伏，為長江漫灘相地貌單元。南京屬于北溫帶地區(qū)，具有明顯的季風(fēng)特征，夏熱冬寒，春秋季節(jié)短，降水密集，秋季潮濕，秋季梅雨頻繁，夏雨密集。三面環(huán)山，一面水，具有明顯的小氣候特點，四季短，夏天炎熱，冬天嚴(yán)寒。全年平均溫度為15.3℃，1 月為1.9℃，絕對氣溫為-14℃，7 月為28.2℃，最高溫度為43℃。年降水量超過1062mm，降水多集中于6～8月，占全市總降水量的60%，冬季降水偏少，經(jīng)常發(fā)生旱災(zāi)；無霜期237 天。該地區(qū)全年主導(dǎo)風(fēng)向為東南風(fēng)，冬半年為主導(dǎo)風(fēng)向，風(fēng)速、風(fēng)頻均以東北東風(fēng)為主，冬季氣壓高，相對濕度73%～75%，絕對濕度5%～10%，平速風(fēng)速16.3～23.8m/s；夏半年主導(dǎo)風(fēng)向、風(fēng)速、風(fēng)頻以東南風(fēng)為主，高溫季節(jié)主要是西南風(fēng)，夏季氣壓較低，相對濕度75%～80%，絕對濕度17.5%～30%，風(fēng)速為21～27m/s[2]。

2.2 道路及交通現(xiàn)狀

2.2.1 對外交通現(xiàn)狀

場地范圍內(nèi)已建成一處地鐵站，另地鐵7 號線西善橋站正在施工，地鐵9 號線尚在規(guī)劃中。片區(qū)連接河西魚嘴片區(qū)的龍藏大道、揚子江大道已建成通車。揚子江大道、龍藏大道、繞城高速、寧蕪公路位于河西方向；繞越高速位于江北方向以及江寧方向；揚子江大道、龍藏大道、寧蕪公路位于板橋方向。

2.2.2 內(nèi)部交通現(xiàn)狀

基地內(nèi)道路多為狹窄單行道，內(nèi)部連通性差，道路兩側(cè)綠化一般，沿長江及秦淮新河是現(xiàn)狀堤頂路。

3 橋梁工程設(shè)計

3.1 道路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則

結(jié)合橋涵結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點，確定該工程橋涵結(jié)構(gòu)設(shè)計原則如下：第一，橋涵應(yīng)具備足夠的安全性與適用性。第二，橋涵需滿足交通功能的要求，考慮道路豎向及交叉口銜接要求。第三，橋涵應(yīng)滿足河道行洪能力的功能性要求。第四，方案選擇須充分考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計全壽命過程的安全耐久、生態(tài)環(huán)保。第五，橋涵應(yīng)有機融入周圍景觀，與環(huán)境搭配協(xié)調(diào)。第六，應(yīng)綜合考慮造價經(jīng)濟性、施工便利性。第七，橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)便于施工，盡量減少施工對航運和橫向道路的交通影響。

3.2 框架橋梁設(shè)計概況

3.2.1 平面

西段框架橋梁起終點樁號為GK0+19.876—GK0+379.876，全長392.409m。框架橋梁平面位于R=504m的右偏圓曲線且兩端順接直線上，標(biāo)準(zhǔn)段橋梁寬16m，橋梁頂、底面為雙向1.5%橫坡。東段框架橋梁起終點樁號為GK0+440.876—GK0+795.595，全長354.719m。框架橋梁平面位于直線上，標(biāo)準(zhǔn)段寬16m，框架橋梁頂、底面設(shè)有雙向1.5%的橫坡。

3.2.2 縱斷面

橋梁縱斷面起于樁號GK0+19.876，終于樁號GK0+764.876。位于R=37000、T=32.596、E=0.014、i1=0.43%、i2=0.60%的豎曲線上，變坡點樁號GK0+210，變坡點框架橋梁設(shè)計中心線標(biāo)高16.753m；接R=7470、T=37.52、E=0.094、i1=0.60%、i2=-0.40%的豎曲線上，變坡點樁號GK0+410，變坡點道路中心標(biāo)高19.176m；接R=9890、T=34.883、E=0.062、i1=-0.40%、i2=0.30%的豎曲線上，變坡點樁號GK0+573，變坡點框架橋梁設(shè)計中心線標(biāo)高17.299m；接R=12000、T=36.138、E=0.054、i1=0.30%、i2=-0.30% 的豎曲線上，變坡點樁號GK0+688，變坡點框架橋梁設(shè)計中心線標(biāo)高17.646m。

3.2.3 橫斷面

16m 標(biāo)準(zhǔn)斷面分配為：16m=3.5m 的人行道+9m的車行道+3.5m 的人行道，雙向橫坡為1.5%。

3.3 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.3.1 上部結(jié)構(gòu)

K0 聯(lián)采用四跨32.925m 異形現(xiàn)澆鋼筋混凝土連續(xù)板框架橋梁，板厚0.9m；K1～K3、K10、K12 聯(lián)采用4×9=36m 現(xiàn)澆鋼筋混凝土連續(xù)板框架橋梁，板厚0.9m，寬16m；K4、K13 聯(lián)采用4×8=32m 現(xiàn)澆鋼筋混凝土連續(xù)板框架橋梁，板厚0.9m，寬16～21.5m；K5、K17 聯(lián)采用5×8=40m 現(xiàn)澆鋼筋混凝土連續(xù)板框架橋梁，板厚0.9m，寬16m；K6～K9、K11、K14～K16 聯(lián)采用5×9=45m 現(xiàn)澆鋼筋混凝土連續(xù)板框架橋梁，板厚0.9m，寬16m。K18 聯(lián)采用四跨31.222m 異形現(xiàn)澆鋼筋混凝土連續(xù)板框架橋梁，板厚0.9m；橋梁兩側(cè)設(shè)置0.35m 厚側(cè)墻，橋梁頂、底面同橫坡變化，支座處通過調(diào)平鋼板調(diào)平，墩柱處縱橫向均設(shè)置1.2m 高梁，縱橫梁頂、底面同橫坡變化。

3.3.2 下部結(jié)構(gòu)

框架橋梁交接墩處設(shè)置支座，其余中間墩柱固結(jié)，普通墩柱采用1.2×1m（橫橋向×縱橋向）方柱，交接墩采用1.2×1.3m（橫橋向×縱橋向）方柱，樁帽厚1.5m，系梁高1.5m，寬1.2m，樁基均采用直徑150cm 鉆孔灌注樁。

3.3.3 框架橋梁——現(xiàn)澆板梁結(jié)構(gòu)計算以縱梁為例

現(xiàn)澆板梁結(jié)構(gòu)計算主要包括持久狀況承載能力極限狀態(tài)、持久狀況正常使用極限狀態(tài)——裂縫寬度驗算、撓度驗算、短暫狀況構(gòu)件應(yīng)力計算。其中，持久狀況承載能力極限狀態(tài)計算主要包括正截面承載力驗算、斜截面承載力驗算；撓度驗算主要驗算其豎向位移、縱梁預(yù)拱度的設(shè)置；短暫狀況構(gòu)件應(yīng)力計算主要是對受壓區(qū)混凝土邊緣的壓應(yīng)力以及受拉鋼筋應(yīng)力進(jìn)行驗算。該節(jié)以橫梁為例對其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)計算，并參照了《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG 3362—2018）。

（1）持久狀況承載能力極限狀態(tài)——正截面承載力驗算

《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG 3362—2018）5.1.2 條對該結(jié)構(gòu)的極限承載力進(jìn)行了規(guī)定，據(jù)此對其進(jìn)行了分析。

式（1）中：γ0為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；S 為結(jié)構(gòu)效應(yīng)組合的設(shè)計值；R 為結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的設(shè)計值，應(yīng)按各有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定確定。

最大、最小彎矩及其對應(yīng)的抗力圖如圖1、圖2所示。

圖1 最大彎矩及其對應(yīng)的抗力圖

圖2 最小彎矩及其對應(yīng)的抗力圖

經(jīng)計算，縱梁最大正彎矩為2771.0kN·m，對應(yīng)抗力為6773.4kN·m，富裕度為2.44；縱梁最小負(fù)彎矩為-3073.8kN·m，對應(yīng)抗力為-7921.0kN·m，富裕度為2.58。故縱梁正截面承載能力滿足規(guī)范要求。

（2）持久狀況正常使用極限狀態(tài)——裂縫寬度驗算

按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG 3362—2018)第6.4.1 條規(guī)定，鋼筋混凝土構(gòu)件和B 類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，在正常使用極限狀態(tài)下的裂縫寬度應(yīng)按作用頻遇組合并考慮長期效應(yīng)影響進(jìn)行計算。

經(jīng)計算，縱梁跨中最大裂縫為0.081mm，支點最大裂縫為0.086mm。均小于規(guī)范規(guī)定的容許值0.2mm。故裂縫寬度驗算滿足規(guī)范要求。

（3）撓度驗算

（a）豎向位移

按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG 3362—2018)第6.5.3 條規(guī)定，受彎構(gòu)件在使用階段的撓度應(yīng)考慮荷載長期效應(yīng)的影響。消除結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的長期撓度后，主梁的最大撓度不應(yīng)超過計算跨徑的1/600。

頻遇組合作用下，考慮撓度長期增長系數(shù)結(jié)構(gòu)縱梁最大豎向位移為0.538mm，最大位移ω=0.538＜l0/600=15.0mm，滿足規(guī)范要求。

（b）預(yù)拱度設(shè)置

按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG 3362—2018)第6.5.5 條規(guī)定，鋼筋混凝土受彎構(gòu)件預(yù)拱度可按結(jié)構(gòu)自重和1/2 可變荷載頻遇值計算的長期撓度值之和采用。頻遇組合下預(yù)度拱設(shè)置圖如圖3 所示。

圖3 頻遇組合下預(yù)度拱設(shè)置圖

（4）短暫狀況構(gòu)件應(yīng)力計算

（a）受壓區(qū)混凝土邊緣的壓應(yīng)力驗算

按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG 3362—2018)第7.2.4 條規(guī)定，鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面應(yīng)力應(yīng)符合下列規(guī)定：

受壓區(qū)混凝土邊緣的壓應(yīng)力 σcct≤0.80fck

其中，fck 表示混凝土軸心抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值。

對構(gòu)件安裝施工階段、二期鋪裝施工階段、收縮徐變施工階段單元截面的施工組合壓應(yīng)力進(jìn)行計算，可得出施工階段最大壓應(yīng)力為5.53MPa＜0.80fck’=21.44MPa，滿足規(guī)范要求。

（b）受拉鋼筋應(yīng)力驗算

按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG 3362—2018)第7.2.4 條規(guī)定，鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面應(yīng)力應(yīng)符合下列規(guī)定：

受拉鋼筋的應(yīng)力 σsit≤0.75fsk

其中，fsk 表示鋼筋抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值。

對構(gòu)件安裝施工階段、二期鋪裝施工階段、收縮徐變施工階段鋼筋應(yīng)力進(jìn)行驗算，可得施工階段最大拉應(yīng)力為99.81MPa＜0.75fsk=300MPa，滿足規(guī)范要求。

3.3.4 附屬結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）橋面鋪裝

車行道橋面鋪裝：2mm 厚的三元乙丙橡膠防水卷材+350#紙?zhí)ビ蜌指綦x層+1.5mm 厚PVC 抗根系刺穿層（橋梁上方有綠化種植時設(shè)置）+8cmC50 防水混凝土（防水混凝土摻1.5%水泥基滲透結(jié)晶型防水劑，內(nèi)置D10 冷軋帶肋焊接鋼筋網(wǎng)）。

（2）橋面排水

橋面設(shè)置1.5%雙向橫坡，橋面覆土下排水采用滲水管接泄水管引入地面排水系統(tǒng)。

（3）橋梁防水

主體結(jié)構(gòu)自防水采用板梁與擋土墻采用防滲抗裂混凝土，混凝土中添加防滲抗裂復(fù)合材料，性能指標(biāo)符合《用于混凝土中的防裂抗?jié)B復(fù)合材料T/CECS 10001—2017》標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ級要求，摻量每立方混凝土加入1kg。外包防水層即結(jié)構(gòu)迎水面設(shè)全外包柔性防水層。橋面及擋土墻內(nèi)側(cè)采用2mm 厚的三元乙丙橡膠防水卷材，并刷350#紙?zhí)ビ蜌指綦x層，在橋梁上方有種植綠化區(qū)域設(shè)置1.5mm 厚的PVC 抗根系刺穿層。其中，防水卷材具體要求應(yīng)符合《高分子防水材料 第1 部分：片材》（GB 18173.1—2012）。施工縫部位的迎水面設(shè)防水卷材加強層，中部采用3mm 厚的止水鋼板，止水鋼板外側(cè)設(shè)置丙烯酸遇水膨脹止水條。伸縮縫部位的迎水面設(shè)防水卷材加強層和2mm 厚的改性聚烯烴（FPO）止水膠帶，縫內(nèi)充填防水嵌縫材料，外側(cè)設(shè)置接水盒引入排水系統(tǒng)。排水采用滲水管接泄水管引入地面排水系統(tǒng)[3]。

4 結(jié)語

綜上所述，遵循橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則，對橋梁的各個結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算，以橋梁的上部結(jié)構(gòu)橫梁為例進(jìn)行計算，主要對正截面承載力與斜截面的承載力、持久狀況正常使用極限狀態(tài)——裂縫寬度、撓度、進(jìn)行了驗算，計算了短暫狀況構(gòu)件應(yīng)力并且與設(shè)計規(guī)范進(jìn)行對照能夠有效提升橋梁的整體質(zhì)量，對于行業(yè)整體的發(fā)展有著積極的促進(jìn)作用，可為后續(xù)工作創(chuàng)造良好的條件，進(jìn)而支撐橋梁整體建設(shè)效果的提升。