張金芝
孤山大橋?yàn)閮勺鶈尉€、無砟橋梁,橋高約55 m,左右線距離35 m。橋梁位于直線上,縱坡i=13.4‰。設(shè)計(jì)速度為客運(yùn)250 km/h,貨運(yùn)120 km/h。橋梁橋式采用(42.5+60+42.5)m的兩座單線、無砟預(yù)應(yīng)力混凝土斜腿剛構(gòu)橋。為確保橋上軌道的高平順性和高穩(wěn)定性,以及列車運(yùn)行的安全性、舒適性,要求橋梁剛度大,變形小。全橋立面布置見圖1。采用斜腿先進(jìn)行豎向施工、而后轉(zhuǎn)體,依靠背索平衡進(jìn)行懸臂澆筑的施工工藝,這樣既最大限度的降低了施工對(duì)314省道的正常通行的影響,也避免了在大峽谷上搭設(shè)大跨度施工輔助支架的施工風(fēng)險(xiǎn)。
圖1 全橋立面布置(單位:cm)
梁部采用單箱單室預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),邊跨端部梁高3.0 m,中跨跨中梁高3.4 m,剛結(jié)處梁高4.65 m。梁高變化采用二次拋物線變化。頂板寬8.4 m,厚0.30 m;底板寬3.8 m,厚0.25~0.65 m;一般段腹板厚0.5 m,中支點(diǎn)處厚0.70 m。梁部橫斷面見圖2~圖4。
圖2 中跨中梁部截面(單位:cm)
圖3 邊跨端部梁部截面(單位:cm)
圖4 剛結(jié)處梁部截面(單位:cm)
斜腿采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),上部與梁部剛結(jié)、下部采用鉸接形式與基礎(chǔ)聯(lián)接。斜腿采用箱形截面,縱橋向由5.7 m變化至3.0 m;橫橋向底部2.0 m范圍寬6.6 m,自底部往上6.0 m以上橫橋向3.8 m,中間4.0 m范圍寬度線性變化。斜腿立面見圖5。
采用有限元程序Midas/civil對(duì)施工全過程進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模計(jì)算分析,計(jì)算模型見圖6。
根據(jù)斜腿剛構(gòu)橋?qū)嶋H施工過程,進(jìn)行全橋計(jì)算分析時(shí)共劃分了36個(gè)施工階段,主要施工步驟見圖7。
根據(jù)全橋計(jì)算結(jié)果,得出各階段撓度曲線見圖8。
圖5 斜腿截面(單位:cm)
圖6 空間計(jì)算模型示意
如圖9所示,截面1為斜腿與主梁固結(jié)處截面,截面2為斜腿跨中截面,截面3為邊跨跨中截面,截面4為中跨1/4截面,截面5為中跨跨中截面。選取成橋前后幾個(gè)工況,給出這5個(gè)典型截面的應(yīng)力,計(jì)算結(jié)果見表2。
圖7 主要施工步驟
圖8 全橋各階段撓度曲線
表2 應(yīng)力計(jì)算結(jié)果MPa
圖9 應(yīng)力計(jì)算截面示意
計(jì)算結(jié)果表明,最大施工過程中主梁截面全截面受壓,斜腿截面最大應(yīng)力為4.5 MPa,滿足受力要求。
在前述施工階段模型的基礎(chǔ)上增加運(yùn)營(yíng)階段計(jì)算分析,運(yùn)營(yíng)階段荷載組合為主力組合、主力+附加力組合,取最不利組合。
主力作用下梁部?jī)?nèi)力及應(yīng)力見圖10~圖13,梁部截面上翼緣最大壓應(yīng)力為10.3 MPa,最小壓應(yīng)力為1.94 MPa,下翼緣最大壓應(yīng)力為15.69 MPa,最小壓應(yīng)力為1.87 MPa。
主力+附加力作用下梁部?jī)?nèi)力及應(yīng)力見圖14~圖17,梁部截面上翼緣最大壓應(yīng)力為11.89 MPa,最小壓應(yīng)力為1.42 MPa,下翼緣最大壓應(yīng)力為16.45 MPa,最小壓應(yīng)力為0.86 MPa。
強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果見表3。
表3 強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果
圖10 彎矩包絡(luò)圖
圖11 剪力包絡(luò)圖
圖12 上緣應(yīng)力包絡(luò)圖
圖13 下緣應(yīng)力包絡(luò)圖
圖14 彎矩包絡(luò)圖
圖15 剪力包絡(luò)圖
圖16 上緣應(yīng)力包絡(luò)圖
圖17 下緣應(yīng)力包絡(luò)圖
剛度計(jì)算結(jié)果見表4。
表4 剛度計(jì)算結(jié)果
90 m預(yù)應(yīng)力混凝土斜腿剛構(gòu)體系為國內(nèi)客運(yùn)專線橋梁建設(shè)中首次采用,通過對(duì)斜腿剛構(gòu)施工過程及運(yùn)營(yíng)階段的受力分析,可見斜腿剛構(gòu)橋式上部結(jié)構(gòu)的受力行為介于連續(xù)剛構(gòu)橋式和拱橋之間,既有墩梁固接的效應(yīng)也有成拱的受力特點(diǎn),傳力途徑明確、簡(jiǎn)潔,具有良好的動(dòng)靜載受力性能,結(jié)構(gòu)剛度好,能夠滿足鋪設(shè)無砟軌道的技術(shù)條件要求和客運(yùn)專線高速行車安全性和舒適性要求,具有較大的跨越能力,斜腿與基礎(chǔ)采用鉸接的方式較好地實(shí)現(xiàn)了永臨結(jié)合。
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