依蘭松花江大橋主跨160 m連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)

李 鵬

(黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院)

依蘭松花江大橋主跨160 m連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)

李 鵬

(黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院)

介紹了依蘭松花江大橋主跨160 m連續(xù)梁施工圖設(shè)計(jì)情況，對(duì)以后類(lèi)似橋梁的設(shè)計(jì)提供參考。

連續(xù)梁;應(yīng)力;強(qiáng)度;預(yù)應(yīng)力

1 概述

依蘭松花江大橋位于依蘭縣松花江江段主航道上，全長(zhǎng)1 468.92 m，依蘭松花江大橋主橋采用3跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，跨徑組合為94.6 m+3×160 m+94.6 m，主橋全長(zhǎng)669.2 m，依蘭縣側(cè)引橋采用8×45 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁結(jié)構(gòu)，迎蘭縣側(cè)引橋采用5×45 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁+7×30 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)。

依蘭松花江大橋全寬13.0 m，兩車(chē)道。橋面布置為1.25(人行道)+ 凈 10.5 m(行車(chē)道)+1.25 m(人行道)。主橋采用單箱單室箱梁。

2 箱梁尺寸的擬定

擬定上部結(jié)構(gòu)尺寸的原則是盡量減少主梁的自重，增加截面的有效承載能力，做如下考慮。

2.1 箱梁高度

主橋箱梁采用單箱單室斷面，主跨墩頂?shù)南淞焊叨葹?.5 m，跨中高度3.7 m，其間的梁高在縱橋向按2次拋物線變化，拋物線方程為Y=0.001 004X2+3.7。

2.2 箱梁截面細(xì)部尺寸

箱梁全寬13.0 m，其中，底板寬 6.5 m，翼緣板長(zhǎng)度為3.25 m。翼緣板厚度分成兩段變化，端部為0.2 m，在距離端部2.8 m 處為0.5 m，根部為 0.95 m，其間按直線變化。底板與腹板相交處設(shè)置0.6 m×0.3 m的承托。

箱梁的頂板厚度為0.3 m;腹板在跨中52 m范圍內(nèi)為0.55 m，向支點(diǎn)方向依次過(guò)渡為0.55 m、0.70 m、0.85 m; 底板厚度在跨中為0.30 m，在墩頂根部為1.0 m，其間按2次拋物線變化。

2.3 節(jié)段劃分

箱梁施工采用懸臂澆筑法施工，全橋共分4個(gè)T墩，每個(gè)T墩包括19種節(jié)段(0#～19#)，每個(gè)節(jié)段箱梁底板按直線變化。箱梁懸澆節(jié)段長(zhǎng)度為2.5～5 m，懸澆節(jié)段重量為139.46 ～179.06 t，合攏段長(zhǎng)度為 2 m，邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)度為11.6 m。

3 箱梁預(yù)應(yīng)力體系的選擇及鋼束布置

主橋箱梁預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)包括縱向預(yù)應(yīng)力、橫向預(yù)應(yīng)力及豎向預(yù)應(yīng)力，縱向預(yù)應(yīng)力管道用真空壓漿塑料波紋管，橫、豎向預(yù)應(yīng)力采用金屬波紋管。

3.1 縱向預(yù)應(yīng)力鋼束布置

縱向預(yù)應(yīng)力配置頂板束、底板束和腹板下彎束，采用大噸位、雙側(cè)張拉錨固體系，并充分發(fā)揮箱梁頂、底板的潛力，通過(guò)計(jì)算盡可能減少鋼束編束根數(shù)，避免錨下應(yīng)力過(guò)大而產(chǎn)生腹板裂縫。

(1)腹板束布置

為抵抗腹板主拉應(yīng)力，設(shè)置腹板下彎束是比較有效的方式。雖然理論上可以通過(guò)豎向預(yù)應(yīng)力和縱向頂板預(yù)應(yīng)力來(lái)控制腹板的主拉應(yīng)力，而不設(shè)置腹板下彎束，該布束的前提是豎向預(yù)應(yīng)力必須可靠，但實(shí)際情況很難達(dá)到預(yù)期性能。主要有以下原因:一是變截面箱梁高度從支點(diǎn)向跨中逐漸減小，對(duì)于這種短預(yù)應(yīng)力筋，其預(yù)應(yīng)力損失較大。二是豎向預(yù)應(yīng)力筋通常一端張拉，一旦失效，無(wú)法補(bǔ)救。鑒于豎向預(yù)應(yīng)力作為儲(chǔ)備保留。

懸澆節(jié)段單側(cè)腹板設(shè)置1束17φs15.2下彎束，張拉控制力為3 296 kN，并且下彎半徑控制在8 m以上，下彎角度控制在35°以上。

(2)頂板束布置

箱梁截面的頂板和底板是結(jié)構(gòu)承受正負(fù)彎矩的主要工作部位，本次設(shè)計(jì)采取加大頂板與腹板的承托的尺寸做法，不但提高了截面的抗彎剛度和抗扭剛度，還可以吸收負(fù)彎矩，從而減少了橋面板的跨中正彎距，并且有利于頂板束的布置。

懸澆節(jié)段設(shè)置4束17/19φs15.2頂板束，并用過(guò)平彎錨固于頂板與腹板的承托內(nèi)，并在懸澆節(jié)段預(yù)留備用孔道。

(3)合攏束布置

在合攏階段，邊跨有18束19φs15.2頂板鋼束、14束19φs15.2底板鋼束，并在底板預(yù)留備用孔道;在中跨有2束13φs15.2頂板鋼束、22 束 19φs15.2 底板鋼束，并在底板預(yù)留備用孔道。

為了避免合攏段頂板鋼束與懸澆節(jié)段頂板鋼束出現(xiàn)對(duì)拉狀態(tài)，合攏段頂板鋼束采用齒板錨固于箱梁頂板中心位置，合攏段底板鋼束通過(guò)平彎，錨固于腹板與底板的承托附近。

3.2 橫向預(yù)應(yīng)力束布置

橫向預(yù)應(yīng)力束采用4φs15.2鋼絞線，錨具采用BM15-4張拉錨固體系，張拉控制力為776 kN。鋼束縱向布置間距為75 cm，采用單側(cè)張拉。

3.3 豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋布置

豎向預(yù)應(yīng)力采用JL25高強(qiáng)精軋螺紋鋼筋，張拉控制力為228 kN，縱向布置間距為50 cm或75 cm，每側(cè)腹板內(nèi)設(shè)置兩排豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋，錨具采用YGM張拉錨固體系，采用單側(cè)張拉。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)條件

(1)采用規(guī)范

本橋按承載能力極限狀態(tài)法設(shè)計(jì)，采用的規(guī)范為《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTGD60-2004)及《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD62-2004)。

(2)設(shè)計(jì)荷載(見(jiàn)表1)

表1 設(shè)計(jì)荷載

(3)材料強(qiáng)度及彈性模量(見(jiàn)表2)

表2 材料強(qiáng)度及彈性模量 MPa

4.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

縱向結(jié)構(gòu)計(jì)算采用《橋梁博士》(V3.20)軟件系統(tǒng)分析計(jì)算，按5跨連續(xù)梁建立計(jì)算模型，全橋共分198個(gè)單元，63個(gè)受力階段。按“規(guī)范”要求對(duì)構(gòu)件進(jìn)行短暫狀況(施工階段)構(gòu)件應(yīng)力驗(yàn)算(見(jiàn)表3)、持久狀況正常使用極限狀態(tài)抗裂驗(yàn)算(短期效應(yīng)組合見(jiàn)表4、長(zhǎng)期效應(yīng)組合見(jiàn)表5)、持久狀況構(gòu)件應(yīng)力驗(yàn)算(見(jiàn)表6)。

表3 施工階段混凝土應(yīng)力表 MPa

表4 短期效應(yīng)組合抗裂驗(yàn)算表 MPa

表5 長(zhǎng)期效應(yīng)組合抗裂驗(yàn)算表 MPa

表6 持久狀況混凝土應(yīng)力驗(yàn)算表 MPa

箱梁橫向按框架結(jié)構(gòu)計(jì)算，同樣采用《橋梁博士》(V3.20)軟件系統(tǒng)分析計(jì)算，各截面的應(yīng)力和強(qiáng)度均滿足“規(guī)范”要求，限于篇幅，應(yīng)力及內(nèi)力圖表本文未列出。

5 箱梁材料用量及參數(shù)

主橋上部結(jié)構(gòu)主要材料用量為C55混凝土11 299 m3，普通鋼筋1 795 t，φs15.2 鋼絞線 731.7 t，JL25 高強(qiáng)精軋螺紋鋼筋87.9t，主橋上部結(jié)構(gòu)主要材料用量及參數(shù)表見(jiàn)表7。

表7 主橋上部結(jié)構(gòu)主要材料用量及參數(shù)表

6 結(jié)束語(yǔ)

目前依蘭松花江大橋已完成基礎(chǔ)及下部結(jié)構(gòu)施工，預(yù)計(jì)2013年10月建成通車(chē)。

U442

C

1008-3383(2012)03-0066-02

2011-10-20

李鵬(1982-)，男，從事公路橋梁勘察設(shè)計(jì)工作。