太原市學(xué)府街高架橋變截面連續(xù)箱梁計(jì)算分析

唐 軍 吳紅升

(太原市市政工程設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

太原市學(xué)府街高架橋變截面連續(xù)箱梁計(jì)算分析

唐 軍 吳紅升

(太原市市政工程設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

以正在施工的太原市學(xué)府街高架橋(40+56+40)m變截面連續(xù)箱梁為例，采用有限元軟件橋梁博士建立其計(jì)算模型，按不同工況計(jì)算了該橋在恒載和恒載+活載作用下的橋梁力學(xué)性能，包括上部結(jié)構(gòu)縱向和橫向計(jì)算分析。計(jì)算結(jié)果表明，箱梁截面拉、壓應(yīng)力滿足規(guī)范要求。

高架橋，力學(xué)性能，應(yīng)力分析，連續(xù)梁

1 工程概況

太原市學(xué)府街高架橋工程，西起濱河?xùn)|路，東至建設(shè)路，全長4.29 km，道路紅線寬50 m。學(xué)府街為城市主干路(主要節(jié)點(diǎn)立交，直行交通連續(xù))，設(shè)計(jì)車速50 km/h，主線高架路段采用雙向四車道加地面輔路。高架橋包括學(xué)府街主線上跨平陽路跨線橋工程以及學(xué)府街主線上跨長治路—體育南路跨線橋，其中學(xué)府街主線上跨平陽路跨線橋在上跨平陽路路口處采用(40+56+40)m變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，其余兩聯(lián)均采用3×31 m等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，橋梁寬度16 m；學(xué)府街主線上跨長治路—體育南路跨線橋在上跨長治路路口、體育南路路口采用(40+56+40)m變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，其余位置分別采用4聯(lián)3×31 m，2聯(lián)4×30 m，2聯(lián)3×30 m等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，橋梁寬度16 m。學(xué)府街高架橋橋墩采用帶橫梁的雙立柱結(jié)構(gòu)形式，橋墩基礎(chǔ)為承臺+樁基礎(chǔ)的形式，橋臺為樁接蓋梁結(jié)構(gòu)，高架橋兩側(cè)引道設(shè)鋼筋混凝土擋土墻與主線銜接。

學(xué)府街高架橋橋墩采用雙立柱結(jié)構(gòu)，柱頂設(shè)連系橫梁；立柱采用矩形截面且在墩頂附近適當(dāng)外傾，以加大支座間距。高架橋在平陽路、長治路、體育南路為(40+56+40)m連續(xù)梁橋，采用變截面預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。本文主要對此連續(xù)梁進(jìn)行縱、橫向力學(xué)分析，以保證橋梁的結(jié)構(gòu)安全。

橋梁立面及斷面如圖1～圖3所示。

2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1)橋梁寬度：單幅16 m。2)橋梁橫坡：雙向2%。3)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100年。4)設(shè)計(jì)車速：50 km/h。5)荷載標(biāo)準(zhǔn)：城—A級。

3 箱梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 箱梁的構(gòu)造

高架橋箱梁頂寬16 m，底寬9 m，單箱三室，箱梁懸臂段按照圓曲線過渡，通過頂?shù)装逍纬蓹M坡，全截面梁高一致。箱梁高度在梁端及跨中為2 m，墩頂位置3.3 m，梁高以二次拋物線的形式在25.5 m變化段內(nèi)從2.0 m漸變到3.3 m；箱梁外側(cè)腹板為斜腹板，中間設(shè)兩道直腹板，斜腹板和直腹板厚度均由0.7 m漸變到0.45 m。箱梁頂板厚：梁端、墩頂處50 cm，且為最大值；其他段為25 cm。底板厚度：設(shè)于標(biāo)準(zhǔn)厚度值為22 cm，變化段由22 cm漸變到80 cm。箱梁材料：C50混凝土。

3.2 箱梁的縱向鋼束

箱梁腹板、頂?shù)装宀荚O(shè)縱向預(yù)應(yīng)力鋼束，端橫梁、中橫梁布設(shè)橫向預(yù)應(yīng)力鋼束，箱梁按照A類構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。鋼束采用標(biāo)準(zhǔn)低松弛鋼絞線，塑料波紋管，真空輔助壓漿。

全聯(lián)縱向鋼束共96束，其中頂板束、底板束、腹板束束數(shù)分別為44，34和18。在箱梁頂板、中跨底板、邊跨底板均預(yù)留若干備用孔，備用孔用波紋管成孔但不穿鋼束；施工中若遇到堵孔可啟用備用孔道，鋼束張拉結(jié)束后需對沒有啟用的備用孔灌漿封實(shí)。頂板鋼束：15φ12的鋼絞線32束，15φ9的鋼絞線12束；腹板鋼束：15φ15的鋼絞線18束；中跨底板：15φ12的鋼絞線14束；兩個邊跨底板：各采用15φ12的鋼絞線10束。鋼束的張拉控制應(yīng)力在0.65fpk～0.75fpk之間。

箱梁縱向鋼束的布設(shè)見圖4。

3.3 箱梁的橫梁鋼束

中橫梁的橫向鋼束采用15φ15鋼絞線7束，單排設(shè)置于中橫梁上部(見圖5)，控制張拉應(yīng)力1 380 MPa。

端橫梁的橫向鋼束采用15φ12鋼絞線4束，單排設(shè)置于端橫梁上部，控制張拉應(yīng)力1 350 MPa。

4 上部結(jié)構(gòu)受力分析

4.1 箱梁的縱向整體計(jì)算

箱梁在縱向整體計(jì)算時相關(guān)參數(shù)取值方法：整體升溫的溫度為25 ℃,整體降溫溫度取值為30 ℃。對梯度溫度取值時，應(yīng)該按照相關(guān)規(guī)范取相應(yīng)數(shù)值。箱梁二期恒載包括橋面鋪裝、梁頂護(hù)欄自重。聯(lián)接墩不均勻沉降值按13 mm考慮，主墩不均勻沉降值按15 mm考慮。

采用橋博軟件建模計(jì)算，并用MIDAS CIVIL軟件對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)復(fù)核。箱梁的模型有143個節(jié)點(diǎn)，142個單元。計(jì)算模型分為三個施工階段(混凝土澆筑及鋼束張拉、二期恒載加載，運(yùn)營)，成橋階段工況：恒載+活載+整體升降溫+梯度溫度+支點(diǎn)沉降等。

由計(jì)算可知，在荷載基本組合下，各個單元的抗彎承載力不小于彎矩設(shè)計(jì)值，同時承載力極限狀態(tài)也可滿足相應(yīng)要求。荷載的短期效應(yīng)組合：箱梁的上緣正應(yīng)力最大值為10.9 MPa(正值表示壓應(yīng)力，負(fù)值表示拉應(yīng)力)，最小為-0.94 MPa，下緣正應(yīng)力最大值為10.3 MPa，最小為-0.23 MPa；荷載的長期效應(yīng)組合：箱梁的上緣正應(yīng)力最大值為6.6 MPa，最小為0.78 MPa，下緣正應(yīng)力最大值為8.6 MPa，最小為1.7 MPa。在正常使用的極限狀態(tài)下，撓度值滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。箱梁承載力的極限狀態(tài)強(qiáng)度、短期及長期效應(yīng)下應(yīng)力、正常使用極限狀態(tài)抗裂與撓度值滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2 中橫梁的靜力計(jì)算

中橫梁計(jì)算參數(shù)：整體升降溫、梯度溫度、二期恒載可參照4.1條箱梁縱向整體計(jì)算取值。腹板傳遞的豎向剪力按照腹板、頂板分?jǐn)偧虞d于橫梁之上。

模型有37個節(jié)點(diǎn)，36個單元。在荷載的短期效應(yīng)組合下，箱梁的上緣正應(yīng)力最大值為5.3 MPa(正值表示壓應(yīng)力，負(fù)值表示拉應(yīng)力)，最小正應(yīng)力為-0.61 MPa，下緣最大正應(yīng)力為2.1 MPa，最小正應(yīng)力為0.02 MPa，滿足規(guī)范要求；在荷載長期效應(yīng)組合下，箱梁上緣最大正應(yīng)力為2.3 MPa，最小正應(yīng)力為1.11 MPa，下緣最大正應(yīng)力為1.6 MPa，最小正應(yīng)力為0.12 MPa，滿足規(guī)范要求。

端橫梁應(yīng)力各項(xiàng)計(jì)算值也可滿足相關(guān)橋梁規(guī)范規(guī)定值。

5 結(jié)語

三座(40+56+40)m變截面連續(xù)箱梁橋,是太原市學(xué)府街高架橋工程的重要節(jié)段。箱梁的縱向、橫向預(yù)應(yīng)力鋼束布置及相關(guān)計(jì)算，是該橋的設(shè)計(jì)難點(diǎn)；由相關(guān)計(jì)算結(jié)果可知，其受力各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范所規(guī)定的允許值。本文計(jì)算結(jié)果已為學(xué)府街上跨平陽路等橋梁設(shè)計(jì)復(fù)核提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，可為同類橋梁的設(shè)計(jì)實(shí)施提供參考。

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

[2] 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].

[3] CJJ 11—2011，城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] 太原市南中環(huán)快速路高架橋箱梁計(jì)算分析[J].山西建筑,2014,40(31):196-197.

Calculation and analysis of continuous box girder with variable section for the viaduct of Xuefu street in Taiyuan city

Tang Jun Wu Hongsheng

(TaiyuanMunicipalEngineeringDesignandResearchInstitute,Taiyuan030002,China)

Software Doctor Bridge is used to establish a model of (40+56+40)m continuous box girder with variable section for the viaduct of Xuefu street, which is being constructed in Taiyuan city. Different working conditions are considered to calculate mechanical properties of the bridge on permanent load or permanent and variable load, including longitudinal and transverse calculation of super structure. Calculation results indicate that the maximal tensile and compression stress of the box girder section can meet requirements in design specification for normal use.

viaduct, mechanical properties, stress analysis, continuous girder

1009-6825(2015)28-0158-02

2015-07-27

唐 軍(1982- )，男，工程師； 吳紅升(1979- )，男，工程師，一級注冊結(jié)構(gòu)工程師

U448.213

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