某雙薄壁墩曲線連續(xù)剛構(gòu)橋驗(yàn)算和優(yōu)化

趙 志 國

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，遼寧 沈陽 110166)

某雙薄壁墩曲線連續(xù)剛構(gòu)橋驗(yàn)算和優(yōu)化

趙 志 國

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，遼寧 沈陽 110166)

以某高速公路中一座預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋工程為例，由于現(xiàn)橋梁全線改為新規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對未施工的主梁進(jìn)行了縱向安全性驗(yàn)算，并提出相應(yīng)改進(jìn)優(yōu)化措施，為類似工程施工計(jì)算提供了思路。

雙薄壁墩，連續(xù)剛構(gòu)，驗(yàn)算，優(yōu)化

1 工程概況

該橋是一座58 m+100 m+58 m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，處于R=380 m的圓曲線上，橋面橫坡為5%。橋梁左、右幅橋面凈寬均為11.25 m，箱梁頂、底板橫坡與橋面橫坡一致。單幅箱梁頂板寬11.25 m，底板寬6 m，外翼緣懸臂長2.625 m?？缰屑斑吙绗F(xiàn)澆段處梁高2.3 m，底板厚0.25 m，0號墩頂梁高6 m，底板厚為0.8 m，箱梁底板厚從箱梁根部截面的0.8 m漸變至跨中及邊跨支點(diǎn)截面的0.25 m，箱梁高度按二次拋物線變化。箱梁腹板在墩頂范圍內(nèi)厚0.75 m,其余范圍內(nèi)厚度為0.5 m。

縱向預(yù)應(yīng)力采用φs15.2鋼絞線，分懸臂頂板束、腹板彎起束、邊中跨合龍連續(xù)束及現(xiàn)澆段彎起束四類。懸臂頂板束19-φs15.2采用19-φs15.2鋼絞線，腹板彎起束采用16-φs15.2鋼絞線，頂板連續(xù)預(yù)應(yīng)力束采用19-φs15.2，底板連續(xù)預(yù)應(yīng)力束采用16-φs15.2鋼絞線，現(xiàn)澆段彎起束采用16-φs15.2鋼絞線，錨具采用群錨體系?？v向預(yù)應(yīng)力束除邊跨頂板連續(xù)束采用單端張拉外，其余均采用兩端張拉。豎向預(yù)應(yīng)力束采用JL32精軋螺紋鋼筋，JLM螺母錨具，橫向布置每條腹板1排～2排，縱向間距為35 cm～45 cm。

橋墩采用雙柱式矩形薄壁墩，順橋向墩寬為2 m，橫橋向墩寬為6 m，雙薄壁截面中心距為5.2 m，樁采用直徑2 m鉆孔灌注樁。0號臺采用樁柱式橋臺，樁基采用1.5 m的鉆孔灌注樁，3號臺采用重力式橋臺，淺基礎(chǔ)。

2 計(jì)算模型與方案

2.1 計(jì)算模型

本橋?yàn)閱蜗鋯问翌A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，采用分幅設(shè)計(jì)，縱向支撐體系明確，以縱向受力效應(yīng)為主。平曲線半徑為380 m，雖然規(guī)范中對于平曲線影響調(diào)整系數(shù)未有明確的規(guī)定，但平彎效應(yīng)不能忽視。因此從計(jì)算分析需求及安全性考慮，采用Midas Civil 2012 進(jìn)行空間桿系建模及內(nèi)力計(jì)算，計(jì)算模型見圖1。

2.2 模型設(shè)定

表1 施工階段劃分

本橋1號橋墩高64 m，2號橋墩高53 m，橋墩較柔。橋墩樁基位于中風(fēng)化花崗片麻巖，樁基均按嵌巖樁設(shè)計(jì)，為簡化計(jì)算，忽略承臺以下基礎(chǔ)的水平變形，橋墩底部按固結(jié)處理。

本橋?yàn)檫B續(xù)剛構(gòu)橋，采用空間桿系模型分析，應(yīng)充分考慮支座抗壓剛度的影響，根據(jù)圖紙?zhí)峁┲ё吞柡椭ёa(chǎn)品說明，抗壓剛度取17 745 680 t/m。

定義墩頂橫隔板截面時，采用倒角根部斷面內(nèi)擴(kuò)1/2橫隔板厚度處理，而未采用全截面，主要是由于縱向效應(yīng)傳遞不可能脫離應(yīng)力擴(kuò)散角的范圍傳遞到全截面。如采用全截面的設(shè)定，將得到遠(yuǎn)小于實(shí)際情況的預(yù)應(yīng)力度和配筋率。

2.3 施工階段處理

按原橋設(shè)計(jì)說明書，本橋施工方案為：

下部基礎(chǔ)施工→0號塊澆筑→懸臂現(xiàn)澆(同時邊跨端部現(xiàn)澆)→邊跨合龍→中跨合龍。

計(jì)算模型中全橋共分18個施工階段(部分施工階段表中略)(見表1)，靜力荷載工況詳見表2。

表2 靜力荷載工況

3 計(jì)算結(jié)果分析

計(jì)算完成后，標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)力結(jié)果見圖2～圖4。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以看出：主梁上緣最大組合應(yīng)力為1.52 MPa,最小出現(xiàn)在邊跨端部支架現(xiàn)澆段附近；主梁下緣最大組合應(yīng)力為-4.02 MPa，出現(xiàn)在中跨跨中。結(jié)合其他組合應(yīng)力圖可看出橋梁應(yīng)力各區(qū)域變化很大，應(yīng)力分布顯然不合理，且壓應(yīng)力過大，可調(diào)整預(yù)應(yīng)力鋼束使應(yīng)力分布更合理(合理預(yù)應(yīng)力布置一般應(yīng)控制有2 MPa的壓應(yīng)力儲備)。

表3 驗(yàn)算結(jié)果及結(jié)論

4 結(jié)果分析及優(yōu)化措施

利用Midas Civil軟件中“PSC設(shè)計(jì)”功能，可以得到全橋驗(yàn)算結(jié)果見表3。

根據(jù)上面計(jì)算結(jié)果，可從以下幾個方面對原橋進(jìn)行優(yōu)化：

1)提高混凝土強(qiáng)度。

在新規(guī)范的短期效應(yīng)組合中預(yù)應(yīng)力折減和現(xiàn)行控制恒載撓度的設(shè)計(jì)思路的約束下，通過降低預(yù)應(yīng)力度來減少墩頂壓應(yīng)力的效果十分有限，因此可以提高主梁混凝土強(qiáng)度。

2)調(diào)整邊跨合龍段鋼束。

在短期荷載組合作用下，特別是在溫度效應(yīng)作用和預(yù)應(yīng)力折減的影響下，原橋的邊跨端部頂板未能通過正截面抗裂驗(yàn)算，因此可以將邊跨合龍段鋼束BT由15～19提高到15～25，同時在主橋兩端BT束附近各增加一對15～19邊跨合龍補(bǔ)充束。

3)調(diào)整邊跨底板束及邊跨腹板束。

由于增加了腹板厚度及調(diào)整邊跨合龍頂板鋼束，重新計(jì)算時發(fā)現(xiàn)邊跨端1/2跨抗彎承載力不足，因此可同時提高邊跨底板鋼束及邊跨腹板鋼束的規(guī)格。邊跨底板鋼束B1，B2均由15～16提高到15～20；邊跨腹板鋼束F1，F(xiàn)2由15～19提高到15～21。

4)根據(jù)計(jì)算結(jié)果結(jié)合新制作規(guī)范，更換部分不滿足要求支座型號。

5)按優(yōu)化后設(shè)計(jì)，重新建模計(jì)算，各項(xiàng)分析結(jié)果均能滿足新規(guī)范要求，見表4。

表4 優(yōu)化后驗(yàn)算結(jié)果

5 結(jié)語

連續(xù)剛構(gòu)橋具備優(yōu)異的力學(xué)性能，同時外觀簡潔，曲線優(yōu)美，近些年來在公路和鐵路橋梁中得到廣泛的應(yīng)用，目前該橋已建成通車，使用狀況良好。本文提供的計(jì)算思路和方法可作為其他同類型橋設(shè)計(jì)參考。

[1] 范力礎(chǔ).橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2005.

[2] JTG D60-2004，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

[3] JTG D62-2004，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[S].

[4] JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[5] 張烈霞.混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋墩固結(jié)處的應(yīng)力分析[J].山西建筑，2008，34(5):336-337.

Checking computation and optimization of the curved continuous rigid bridge with double thin-wall piers

ZHAO Zhi-guo

(LiaoningInstituteofTrafficPlanningandDesign,Shenyang110166,China)

Taking the prestressed concrete continuous rigid highway bridge engineering as an example, owning to the new criteria of the bridge line, the paper carries out vertical security checking computation of the major beam without construction, and puts forward corresponding optimizing measures, which has provided a concept for similar engineering construction computation.

double thin-wall piers, continuous rigid structure, checking computation, optimization

1009-6825(2014)11-0202-03

2014-02-09

趙志國(1980- )，男，工程師

U448.23

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