周偉光

（廣州市市政工程設(shè)計研究總院有限公司,廣東 廣州 510030）

0 引言

隨著社會的不斷發(fā)展，土地資源越來越稀缺，橋梁下方空間利用受凈空、墩柱設(shè)置等限制，往往不能充分利用。雙層橋梁方案可充分利用橋下空間、節(jié)約用地資源，實現(xiàn)雙層交通功能，更好地滿足交通功能需求，具有良好的應(yīng)用前景。為實現(xiàn)快速施工，上部結(jié)構(gòu)一般采用預(yù)制結(jié)構(gòu)，因此雙層橋下部結(jié)構(gòu)采用雙層門式墩結(jié)構(gòu)，設(shè)置雙層蓋梁，實現(xiàn)上下層放置梁片。區(qū)別于常規(guī)橋墩蓋梁，雙層橋門式墩結(jié)構(gòu)受力更為復(fù)雜，上下層橋梁施工順序?qū)Y(jié)構(gòu)受力存在影響，需對其受力情況充分地分析研究以保證結(jié)構(gòu)安全。目前針對雙層橋梁結(jié)構(gòu)，已有研究成果從不同角度對其進行了研究分析[1-5]。

1 工程概況

某地兩工程項目線位均位于既有道路上，兩個項目相互影響和制約，涉及設(shè)計方案、征地拆遷、勘察等各方面協(xié)調(diào)。如兩項目線位采用平面平行布置，用地將大幅增加，且涉及大量征拆。為節(jié)約用地減少征拆，其中一段采用共走廊設(shè)計，橋梁結(jié)構(gòu)采用雙層橋方案。為避免現(xiàn)澆施工侵占既有道路，上下層橋梁上部結(jié)構(gòu)均采用30 m 跨度左右預(yù)制小箱梁結(jié)構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)均為雙層門式墩。橋墩采用方柱，蓋梁的高度、寬度根據(jù)具體的受力情況、上部梁高及抗震措施要求確定。上下層蓋梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土倒T 形斷面，現(xiàn)澆施工。雙層橋效果圖如圖1 所示，結(jié)構(gòu)典型斷面如圖2 所示。

圖1 雙層橋效果圖

圖2 雙層橋典型斷面示意

2 結(jié)構(gòu)受力分析

2.1 單、雙層門式墩受力對比分析

常規(guī)單層蓋梁作為受彎構(gòu)件主要承受集中荷載，為分析增設(shè)一層蓋梁后對下部結(jié)構(gòu)受力的影響，分別建立單、雙層門式墩結(jié)構(gòu)有限元模型進行分析。計算分析模型中預(yù)應(yīng)力混凝土倒T 形蓋梁中間頂板凸出塊寬1.5 m，總寬3.4 m，高3.1 m，中墩設(shè)置局部倒角加高1 m，上下層蓋梁均設(shè)置四排鋼束，鋼束規(guī)格為s 15-13~15。邊墩上層為邊長1.8 m 方柱，下層為邊長2.2 m 方柱，接單根直徑2.5 m 樁基；中墩上層為2.2 m 方柱，下層墩柱長3.4 m，寬3.0 m，中墩承臺下設(shè)兩根直徑2.8 m 樁基。上部結(jié)構(gòu)恒載傳遞到支座的反力根據(jù)上部結(jié)構(gòu)計算結(jié)果確定，公路I 級荷載按車輪位置按移動荷載輸入，溫度荷載按整體升降溫25 ℃計算，沉降荷載按支座沉降5 mm 計算。

經(jīng)計算，單層上蓋梁最大彎矩為79 146 kN·m，增加一層蓋梁后上蓋梁最大彎矩為80 272 kN·m，對比單層增加1.4%。因墩柱蓋梁剛度較大，增設(shè)下層蓋梁對上層蓋梁受力影響可忽略，只需對應(yīng)增加墩柱及樁基尺寸。計算模型如圖3 所示。

圖3 門式墩計算模型

2.2 上下層蓋梁不同施工順序受力分析

因上下層分屬不同項目，受項目進展影響實施順序存在不一致，需分別分析上下層不同施工順序?qū)﹂T式墩結(jié)構(gòu)受力能否滿足要求。建立多個模型，上層及下層活載分別定義，上（下）層蓋梁計算時，將下（上）層活載對上層蓋梁產(chǎn)生最不利荷載的加載位置導(dǎo)入上（下）層模型，然后進行上（下）層蓋梁的配束計算，計算墩柱時，思路相同。主要工序如表1 所示。

表1 上下層橋梁不同施工順序主要工序

根據(jù)兩種不同施工順序提取內(nèi)力包絡(luò)進行計算，蓋梁按A 類預(yù)應(yīng)力構(gòu)件進行驗算。經(jīng)計算，上層蓋梁最不利組合彎矩為92 678 kN·m，承載能力為131 298 kN·m，最不利組合剪力為15 772 kN，承載能力為23 859 kN；下層蓋梁最不利組合彎矩為98 261.4 kN·m，承載能力為116 672.2 kN·m，最不利組合剪力為13 587.2 kN，承載能力為28 451.1 kN；上下層蓋梁正截面抗裂計算均未出現(xiàn)拉應(yīng)力，斜截面抗裂、持久狀況和短暫狀況構(gòu)件應(yīng)力計算均滿足規(guī)范[6]要求。

對于墩柱受力，相比常規(guī)墩柱，增設(shè)下層蓋梁后墩柱計算長度及約束條件變化，控制截面需考慮上層墩頂、上層墩頂、下層墩頂、下層墩底，墩柱及樁基承載能力計算均滿足要求，結(jié)果如表2 所示。根據(jù)計算結(jié)果，中墩因軸力較大，控制組合均為軸力最大組合，邊墩中部截面因增設(shè)下層蓋梁彎矩增加較大受力變?yōu)閺澗亟M合控制。增設(shè)下層蓋梁后的E2 地震作用計算結(jié)果如表3 所示，E2 作用下最小安全系數(shù)1.18，滿足規(guī)范要求。

表2 墩柱及樁基承載能力計算結(jié)果

表3 E2 地震作用下墩身承載能力計算結(jié)果

2.3 下層墩柱預(yù)應(yīng)力管道開孔局部受力分析

對于常規(guī)單層橋梁蓋梁，預(yù)應(yīng)力束開孔均在蓋梁結(jié)構(gòu)中，對于雙層橋，下層蓋梁鋼束管道需穿過橋墩，將對墩柱截面形成一定孔洞，需對開孔處進行受力分析，實體計算模型如圖4 所示。

圖4 局部孔洞實體計算模型

根據(jù)計算結(jié)果，在最不利荷載組合下開孔部位局部壓應(yīng)力4.7 MPa，部分點位5.0 MPa，墩柱C40 混凝土抗壓強度設(shè)計值為18.4 MPa，滿足規(guī)范要求。

3 結(jié)論

雙層橋門式墩結(jié)構(gòu)構(gòu)造、受力復(fù)雜，該文結(jié)合有限元計算分析了上下層橋梁實施順序、增設(shè)下層蓋梁對上層蓋梁的影響以及下層鋼束孔洞對墩柱受力的影響。計算結(jié)果表明，增設(shè)下層蓋梁對上層蓋梁受力影響可忽略，只需對應(yīng)增加墩柱及樁基尺寸。采用合適構(gòu)造尺寸及配束情況下，不同上下層橋梁實施順序及鋼束開孔處受力均能滿足要求，文中分析成果可為類似工程提供參考。