鋼混混合連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計與施工分析

曾 勇

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550081)

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鋼混混合連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計與施工分析

曾 勇

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550081)

結(jié)合具體的工程實(shí)例對鋼混組合連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計與施工及施工進(jìn)行深入分析，供相關(guān)人士參考。

鋼混混合連續(xù)剛構(gòu)橋；結(jié)構(gòu)體系；設(shè)計；施工

1 工程概況

本文所提及的鋼混混合連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)體系采用的是長聯(lián)大跨徑鋼混組合式剛構(gòu)-連續(xù)組合梁橋。橋梁跨徑組成為：87.75+4×138+330+133.75 m。本橋總長為1 103.5 m，橋臺的兩端處設(shè)置了伸縮縫，為單向四車道橋面，橋面全寬為19 m，上游側(cè)設(shè)有3 m寬的人行道，行車道總寬為15.5 m，橋面設(shè)雙向橫坡1.5%。本橋梁結(jié)構(gòu)采用的是連續(xù)梁與連續(xù)剛構(gòu)混合連續(xù)體系，其中1號、2號墩均為墩梁分離(簡單支承)，3號、4號、5號、7號墩均為墩梁固結(jié)。在5號墩和7號墩之間的橋梁主跨則采用鋼混混合結(jié)構(gòu)形式，橋梁跨中中部通過108 m的梁段采用鋼箱梁來減輕橋梁自重，改善結(jié)構(gòu)受力，減小混凝土收縮徐變對結(jié)構(gòu)的不利影響影響，也縮短了施工工期。橋梁采用鋼筋混凝土雙支薄壁墩作為主墩，采用鋼筋混凝土空心墩作為次墩。

2 結(jié)構(gòu)體系設(shè)計分析

2.1 設(shè)計參數(shù)

設(shè)計基準(zhǔn)年限：100年；設(shè)計行車速度：60 km/h；橋面寬度：19.0 m；橋面坡度：縱向0.0%、橫向1.5%；設(shè)計荷載：城A級。

設(shè)計溫度：最高溫度取用42.2 ℃，最低溫度取用-1.8 ℃，最高月平均溫度取用37.7 ℃，最低月平均溫度取用5.7 ℃，日均最大的溫差取用11.9 ℃，合龍時溫度取用15～25 ℃。

設(shè)計通航等級：國家Ⅰ級。

2.2 有限元模型驗(yàn)算

本文所研究的鋼桁架混合剛構(gòu)橋全橋長度為1 103.5m，為一座7跨長聯(lián)的鋼-混凝土混合式連續(xù)剛構(gòu)梁橋，橋跨布置為(87.75+138+330+133.75)m，主跨330 m，跨中為108 m鋼箱梁，兩側(cè)鋼筋混凝土箱梁各110 m。橋面寬為19 m，車道設(shè)置為單項(xiàng)四車道，橋面設(shè)有1.5%的橫坡，在本文章中只建立涉及5#墩和7#墩的原實(shí)橋部分模型，全長為597.5 m，橋垮布置為(133.75+330+133.75)m，將原鋼混混合剛構(gòu)橋中跨中部分108 m的鋼箱梁部分替換成鋼桁架梁，(以下簡稱鋼桁架混合剛構(gòu)橋模型)。

(1)完整的空間有限元模型

所建立的模型將全橋離散成為413個節(jié)點(diǎn)，共720個單元，下部結(jié)構(gòu)兩個橋墩離散成為88個節(jié)點(diǎn)，84個單元，橋墩部分每2m構(gòu)成一個單元，橋墩為雙肢薄壁墩，每肢21個單元；上部結(jié)構(gòu)分為箱梁節(jié)段和鋼桁架梁段，鋼桁架梁段離散成171個節(jié)點(diǎn)，483個單元，箱梁節(jié)段離散成為145個節(jié)點(diǎn)，144個單元，箱梁節(jié)段每4 m一個單元，合攏段每1.2 m一個單元，鋼混結(jié)合段單元長2.5 m；橋面采用板單元，橋面板縱肋采用板單元中自帶縱肋建模菜單建模，橫肋由于有變截面要求，因此單獨(dú)建立單元模擬。

(2)有限元模型驗(yàn)算分析

前面已經(jīng)通過手算對鋼桁架的應(yīng)力做了簡單的計算，下表將對鋼桁架混合剛構(gòu)橋進(jìn)行完整的PSC驗(yàn)算分析，所有驗(yàn)算結(jié)果都是嚴(yán)格按照《橋規(guī)D62》要求進(jìn)行的，分別進(jìn)行了施工階段法向壓應(yīng)力驗(yàn)算、受拉區(qū)鋼筋的拉應(yīng)力驗(yàn)算、正截面抗裂驗(yàn)算、斜截面抗裂驗(yàn)算、正截面抗壓驗(yàn)算、斜截面抗壓驗(yàn)算和使用階段抗彎驗(yàn)算等7個方面的驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果如下：

①施工階段法向壓應(yīng)力驗(yàn)算

根據(jù)《橋規(guī)D62》7.2.8規(guī)定：預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件，截面邊緣混凝土的法向拉應(yīng)力和壓應(yīng)力在預(yù)應(yīng)力和構(gòu)件自總等施工荷載時應(yīng)滿足以下規(guī)定：因此各單元在施工過程中最大壓應(yīng)力不得超過：0.7×(0.75×38.5)=20.212 MPa；最大拉應(yīng)力不得超過：1.15×(0.75×2.85)=2.458 MPa。

②受拉區(qū)鋼筋的拉應(yīng)力驗(yàn)算

根據(jù)《橋規(guī)D62》7.1.5和7.2.4規(guī)定，施工階段和使用階段預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)滿足以下規(guī)定：施工階段鋼束的容許拉應(yīng)力為：0.75×1 860=1 395 MPa；使用階段鋼束的容許拉應(yīng)力為：0.65×1 860=1 209 MPa。

③正截面抗裂驗(yàn)算

根據(jù)《橋規(guī)D62》第6.3.1條規(guī)定：全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，在作用短期效應(yīng)組合下應(yīng)符合要求：σst-0.85σpc≤0。

④斜截面抗裂驗(yàn)算

根據(jù)《橋規(guī)D62》第6.3.1條規(guī)定：全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，在荷載短期效應(yīng)組合下：C60混凝土最大容許主拉應(yīng)力σtp=0.6ftk=0.6×2.85=1.71 MPa。

⑤正截面抗壓驗(yàn)算

根據(jù)《橋規(guī)D62》第7.1.5條規(guī)定：在使用荷載作用下，預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的法向壓應(yīng)力(扣除全部預(yù)應(yīng)力損失)應(yīng)符合下列要求：C60混凝土的最大容許壓應(yīng)力[σ]=0.5fck=0.50×38.5=19.25 MPa。

⑥斜截面抗壓驗(yàn)算

根據(jù)《橋規(guī)D62》第7.1.6條規(guī)定：全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，在標(biāo)準(zhǔn)組合下：C60混凝土最大容許主壓應(yīng)力σcp=0.6fck=0.6×38.5=23.1 MPa。

由上表可以看出7個驗(yàn)算結(jié)果都是符合規(guī)范要求的。

3 工程施工分析

3.1 主要材料

墩身采用的是標(biāo)號為C45鋼筋混凝土；1號墩、2號墩、3號墩其上部結(jié)構(gòu)箱梁采用標(biāo)號為C50的預(yù)應(yīng)力混凝土；其余采用標(biāo)號為C60的預(yù)應(yīng)力混凝土；主跨主結(jié)構(gòu)部分鋼箱梁采用Q345鋼材，輔助結(jié)構(gòu)部分采用Q235B鋼材。

3.2 上部結(jié)構(gòu)形式及其施工方案

在本橋中，均為箱型截面的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁和鋼箱梁組成了本橋的主梁部分。墩頂箱梁的梁高為16 m，跨中108 m梁段部分梁高為4.5 m等截面鋼梁，變截面段均成二次拋物線變化。箱梁底板寬為9 m，箱梁翼緣懸臂長為5 m，頂板寬度為19 m。主跨330 m梁段內(nèi)跨中長為108 m的梁段為鋼箱梁，為了增強(qiáng)梁端整體剛度單箱單室的鋼箱梁設(shè)置了一道縱向橫隔板。其余各節(jié)段和邊跨均采用的是單箱單室的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。包括有北岸和南岸現(xiàn)澆梁段、1號懸臂梁段、2號懸臂梁段、3號懸臂梁段和4號過渡梁段，以上除了4號墩頂箱梁高為5 m以外，其余墩頂箱梁高均為8 m。雙層瀝青混凝土結(jié)構(gòu)鋪裝作為本橋橋面鋪裝，橋面鋪裝下層采用的是澆筑式瀝青混凝土，鋪裝上層則采用的是改性瀝青SMA。

本橋的預(yù)應(yīng)力體系較為復(fù)雜采用的是多向預(yù)應(yīng)力技術(shù)，其預(yù)應(yīng)力鋼束包括有橋梁縱向預(yù)應(yīng)力鋼束、豎向預(yù)應(yīng)力鋼束、橫向預(yù)應(yīng)力鋼束及主跨混凝土和鋼箱梁部分的體外預(yù)應(yīng)力體系，其作用主要是調(diào)整后期的結(jié)構(gòu)撓度。

本橋采用懸臂澆筑的施工方法對1號、2號、3號、5號、7號橋墩處主梁進(jìn)行施工，每節(jié)段施工節(jié)段長度根據(jù)其重量控制在3～6 m不等，采用后支點(diǎn)的三角掛籃作為節(jié)段混凝土澆筑的承載架。4號橋墩處主梁施工采用支架施工。5號墩和7號墩之間混凝土箱梁與鋼箱梁之間的結(jié)合部分依靠三角掛籃進(jìn)行提升到位施工，跨中的鋼箱梁部分的自重約1 400 t，采用交通船整體運(yùn)輸至安裝位置，再采用液壓千斤頂整體提升吊裝。

[1] 王俊如，秦曉鋒，鄭罡，等.鋼-混凝土混合連續(xù)剛構(gòu)橋主跨鋼混接頭施工技術(shù)簡介[J].公路交通技術(shù)，2013，2(2)：65-70.

[2] 高波，劉偉.鋼混組合式剛構(gòu)-連續(xù)組合梁橋設(shè)計方案結(jié)構(gòu)分析[J].上海公路，2014，1(1)：39-43.

[3] 夏衛(wèi)峰，郭海軍.大跨徑混合梁連續(xù)剛構(gòu)橋鋼箱梁施工技術(shù)[J].中外建筑，2014，(8)：143-145.

2016-01-21

曾勇，男，湖南邵東人，助理工程師，研究方向：橋梁工程設(shè)計。

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