高速公路連續(xù)剛構(gòu)橋研究

【摘要】結(jié)合工程實(shí)例，對某高速公路大橋?yàn)楣こ瘫尘埃瑢υ摌蚪Y(jié)構(gòu)尺寸選取及預(yù)應(yīng)力進(jìn)行分析，并建立全橋的有限元模型。結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果表明，主梁及橋墩受力性能及結(jié)構(gòu)剛度均滿足規(guī)范要求。

【關(guān)鍵詞】連續(xù)剛構(gòu)橋；結(jié)構(gòu)分析；有限元模型

1、工程概況

某大橋橋位區(qū)屬中山地貌，地形起伏較大，橋區(qū)范圍內(nèi)中線地面高程915～1025m，最大相對高差110m。左幅橋橋跨布置為：3.0m（橋臺）+4×40m（連續(xù)T梁）+（50+90+50）m（連續(xù)剛構(gòu)）+2×30m（連續(xù)T梁）+3.0m（橋臺）+（60m）路基+3.0m（橋臺）+3×40m（連續(xù)T梁）+2×（4×40m）（連續(xù)T梁）+3×40m（連續(xù)T梁）+3.0m（橋臺）；右幅橋橋跨布置為：3.0m（橋臺）+（30m+4×40m）（連續(xù)T梁）+（50+90+50）m（連續(xù)剛構(gòu)）+3×40m（連續(xù)T梁）+2×（4×40m）（連續(xù)T梁）+2×（3×40m）（連續(xù)T梁）+3.0m（橋臺）。橋位區(qū)覆蓋層主要為粉質(zhì)黏土、碎石、塊石，下伏基巖為泥質(zhì)灰?guī)r。

2、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)包括以下方面內(nèi)容：

a）設(shè)計(jì)車速：80km/h；

b）設(shè)計(jì)荷載：公路—Ⅰ級；

c）橋面寬度：單幅12m；

d）地震烈度：根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306—2001），本場地的地震動峰值加速度為0.15g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.40s；

e）設(shè)計(jì)洪水頻率：1/100。

3、主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1橋梁布置

本橋區(qū)位跨越典型的V字型山谷地形，若采用預(yù)制T梁墩高最高達(dá)90m，此方案不可行；需采用大跨徑跨越V字型山谷，方案采用主跨90m剛構(gòu)橋跨越，為了減小邊墩不平衡彎矩及方便邊跨合龍施工考慮，邊主跨比多取0.55，本橋邊主跨比為0.56。5號主墩處為約50m的巖堆體，因此將5號墩承臺下挖至右幅墩等高以改善上部主梁受力性能，并采取確實(shí)有效的措施保證5號墩巖堆的穩(wěn)定性。

3.2主梁截面

主橋位于半徑為1244m的曲線段上，為了方便懸臂澆筑施工，主梁采用單箱單室直腹板變截面，強(qiáng)度等級為C55的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，箱梁頂板寬12m，箱梁底板寬6.5m。主墩箱梁墩頂根部梁高5.5m，長5m，與跨徑之比為1/16.4，接近文獻(xiàn)[3]建議的最大值；向中、邊跨方向41.5m范圍內(nèi)梁高變化采用2次拋物線，其余為等高梁段，梁高為2.5m，與跨徑之比為1/36，超過建議的最大值1/50，增加跨中梁高以提升跨中主梁剛度，以期有效避免因主梁剛度不足導(dǎo)致的跨中長期下?lián)现颠^大現(xiàn)象。墩頂箱梁底板厚為100cm，箱梁跨中底板厚度為32cm，在距離墩中心線3.5m處，向中、邊跨方向40.5m范圍內(nèi)底板厚變化采用2次拋物線由75cm變化至32cm，通過提高截面尺寸降低混凝土截面應(yīng)力與徐變系數(shù)，起到降低因徐變導(dǎo)致跨中長期下?lián)现怠?號塊頂板厚為50cm，其余部位頂板厚度為28cm，懸臂端頂板厚度為20cm。1～4號塊箱梁腹板厚度為70cm，在5號塊范圍內(nèi)變化為60cm，6～8號塊箱梁腹板厚度為60cm，在9號塊箱梁腹板厚度變化為50cm，10～12號塊箱梁腹板厚為50cm。增加腹板的厚度提高箱梁的豎向抗剪切能力，并有效提高抵抗箱梁斜截面抗裂性能，降低腹板出現(xiàn)斜裂縫的風(fēng)險(xiǎn)概率，也改善了因底板鋼束產(chǎn)生的徑向力導(dǎo)致腹板的拉應(yīng)力，同時提高了箱梁的豎向剛度，對跨中后期長期下?lián)弦灿懈纳谱饔谩?/p>

3.3預(yù)應(yīng)力

主橋箱梁采用三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，縱向預(yù)應(yīng)力采用M15-19、M15-16、M15-12鋼絞線；頂板橫向預(yù)應(yīng)力采用BM15-3鋼絞線，豎向采用豎向預(yù)應(yīng)力采用高強(qiáng)精軋螺紋粗鋼筋（準(zhǔn)=32mm）。對于頂板、后期跨中底板與邊跨底板縱向預(yù)應(yīng)力采用M15-19鋼束，布設(shè)時保證了鋼束的平彎段與鋼束的豎彎段不在同一區(qū)間完成，遠(yuǎn)離腹板鋼束需較快平彎至腹板內(nèi)側(cè)，這樣設(shè)計(jì)考慮使得鋼束容易定位且施工時容易操作，平彎鋼束時需要考慮鋼束與錨固截面鋼束的空間位置，避免錨固位置鋼束的錨固墊板與預(yù)應(yīng)力管道相沖突。腹板彎起索，腹板內(nèi)布置彎起鋼束有效提高箱梁豎向剛度，抵抗主拉應(yīng)力。腹板內(nèi)彎索僅需要進(jìn)行豎向彎起，腹板彎索摩擦損失較大，預(yù)應(yīng)力效率低，因此本橋采用M15-16鋼束；豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋沿橋軸向每0.5m布置一根，在腹板內(nèi)交錯布置，同時保證與橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋位置不沖突，考慮短鋼筋的預(yù)應(yīng)力損失較大，因此在邊跨部分箱梁梁高較小的節(jié)段未進(jìn)行布置。

3.4主橋施工

主梁0號塊節(jié)段總長10m，在墩頂和墩旁臨時托架上立?，F(xiàn)澆，邊跨托架現(xiàn)澆梁段長3.84m，邊、中跨合龍段長2m；1、2、3、4、5號梁段長3m，6號～11號梁段長為4m，采用掛籃懸臂澆筑法施工。掛籃設(shè)計(jì)重量為75t，為最大節(jié)段重量的0.63倍，同時掛籃需要保證足夠的剛度，掛籃需要進(jìn)行預(yù)壓測試，測試采用最大節(jié)段重量的1.3倍控制，可采用水箱加載或砂袋加載方式。本橋采用合龍順序?yàn)橄冗吙绾笾锌?，因本橋所處邊墩地形較陡，不宜采用支架現(xiàn)澆，需要采用托架現(xiàn)澆段方式，設(shè)計(jì)初期考慮本橋邊主跨比為0.56，考慮采用鋼導(dǎo)梁將邊跨現(xiàn)澆段與合龍段整體現(xiàn)澆，后期考慮橋位處“V”字山谷地形施工狀態(tài)下不宜控制最大懸臂狀態(tài)，因此取消此種合龍方式，采取主邊跨過渡墩架設(shè)托架進(jìn)行邊跨現(xiàn)澆段與合龍段。

3.5主橋下部結(jié)構(gòu)

6、7號橋墩為主橋橋墩，墩身采用空心薄壁墩，墩身采用空心薄壁墩，順橋向厚4.5m，橫向?qū)?.5m。用以預(yù)埋臨時托架預(yù)埋件，墩底設(shè)置2m厚的實(shí)心段。主墩承臺尺寸為10.25m×10.25m×4m，基礎(chǔ)采用4根直徑2.5m的鉆孔灌注樁。采用空心薄壁墩剛度較大，抗扭、抗彎性能均比較好，同時隨著墩高增加其柔度不斷增大，也可較好適應(yīng)于高墩情況，同時避免在山區(qū)陡壁上開挖承臺，必須合理選取承臺尺寸，避免承臺開挖對山體擾動，必要時可按高樁承臺設(shè)計(jì)，本橋因5號主墩處于50°傾角的巖堆體上，降低了承臺位置，改善了上部受力性能，降低了邊坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。

5、8號橋墩為主、引橋過渡墩，采用Y型橋墩，蓋梁采用高底蓋梁構(gòu)造以適應(yīng)兩側(cè)梁高的變化，左幅8號橋墩同時設(shè)置8cm的預(yù)偏心。Y型橋墩不僅能夠適用于橋梁內(nèi)外側(cè)橫坡變化較大地形，避免雙柱墩內(nèi)外墩高度差異性較大的結(jié)構(gòu)不利，并較實(shí)體墩其材料省，造價(jià)較低。

4、結(jié)語

本文以某高速公路的一座連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)閷?shí)例，對其方案、結(jié)構(gòu)尺寸、預(yù)應(yīng)力鋼束布設(shè)、結(jié)構(gòu)受力性能進(jìn)行了相關(guān)問題分析，以期為其他山區(qū)高速連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計(jì)者提供可參考的設(shè)計(jì)思路，以保證結(jié)構(gòu)安全，確保工程順利進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]JTGD60—2004，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

[2]JTGD62—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].

[3]邵旭東，李立峰.橋梁設(shè)計(jì)與計(jì)算[M].北京：人民交通出版社，2007.

[4]趙國藩.結(jié)構(gòu)可靠度理論[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.