(70+100+38.8)m連續(xù)梁設(shè)計(jì)與計(jì)算

鐘 振 華

(杭州市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江 杭州 310004)

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(70+100+38.8)m連續(xù)梁設(shè)計(jì)與計(jì)算

鐘 振 華

(杭州市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江 杭州 310004)

結(jié)合某70 m+100 m+38.8 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁工程的實(shí)際情況，采用了懸臂澆筑的施工方案，在此條件下確定了橋梁的結(jié)構(gòu)尺寸及計(jì)算參數(shù),提出了設(shè)計(jì)中較常規(guī)連續(xù)梁設(shè)計(jì)而言需注意的一些細(xì)節(jié)問題，并根據(jù)橋梁規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算分析，以供參考。

連續(xù)梁，主橋結(jié)構(gòu)，懸澆施工，承載能力

1 橋梁概況

橋梁跨越三級(jí)航道(通航凈空80×7 m)，橋梁與航道夾角90.69°(路線前進(jìn)方向與航道中心線的右偏角)，橋位處駁岸口寬約90 m，水中不設(shè)橋墩，主橋主跨最小需要100 m。考慮到本橋的重載交通量較大，推薦采用變截面連續(xù)梁方案，且航道在施工過程中需保證通航，主橋采用懸臂澆筑的方案較為合適。本項(xiàng)目航道北岸為滬寧城際鐵路，上跨滬寧城際的鐵路橋已先期施工完成，受此條件限制，主橋邊跨僅有38.8 m，邊跨與中跨的比值僅為0.388，而常規(guī)連續(xù)梁的邊中跨合適比例為0.52～0.65，此橋的邊中跨比例小于0.4，無法采用懸臂澆筑法施工，故常規(guī)連續(xù)梁無法適應(yīng)本項(xiàng)目，因此本橋在設(shè)計(jì)時(shí)考慮采用大、小T和調(diào)整邊跨構(gòu)造尺寸的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。

為保證橋梁可采用懸臂澆筑施工，先根據(jù)38.8 m的邊跨擬定小T的跨徑，設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)大、小T尺寸盡量差值較小的原則，擬定小T的尺寸為80 m，此時(shí)，小T的邊中跨比例接近0.5，雖較常規(guī)連續(xù)梁小，但仍可以通過在邊跨合龍后再澆筑兩個(gè)懸臂節(jié)段的方案來解決。小T尺寸為80 m，主跨100 m，則大T尺寸為120 m，如果大T側(cè)邊跨不受場(chǎng)地限制，則尺寸可按常規(guī)連續(xù)梁邊中跨比例進(jìn)行擬定，本橋采用70 m的邊跨，故橋梁跨徑為70 m+100 m+38.8 m。連續(xù)梁結(jié)構(gòu)立面見圖1。

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

荷載等級(jí)：公路—Ⅰ級(jí)；橋?qū)?19.5 m；橫坡：雙向2.0%；地震烈度：橋位區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度；地震動(dòng)峰值加速度為0.10g。

3 主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

箱梁結(jié)構(gòu)尺寸見圖2。

箱梁頂寬19.5 m，底板寬12.5 m，單側(cè)懸臂長3.5 m。懸臂端部厚0.2 m,根部厚0.6 m。箱梁頂板厚0.28 m，主墩及過渡墩附近局部加厚。

大T側(cè)箱梁：箱梁梁高按1.8次拋物線由3.0 m漸變?yōu)?.0 m。箱梁底板厚度按1.8次拋物線由0.3 m漸變?yōu)?.9 m，主墩及過渡墩處底板厚度局部加厚。腹板厚度0.5 m～0.8 m；墩頂局部加厚；主墩墩頂設(shè)置一道橫梁，厚2.8 m；邊跨梁端設(shè)置一道橫梁，厚1.7 m。

小T側(cè)箱梁：箱梁梁高按1.8次拋物線由3.0 m漸變?yōu)?.0 m，受已施工的鐵路橋墩標(biāo)高限制，邊跨現(xiàn)澆段梁高由3.0 m漸變?yōu)?.35 m(直線變化)。箱梁底板厚度按1.8次拋物線由0.3 m漸變?yōu)?.7 m，主墩及過渡墩處底板厚度局部加厚。腹板厚度0.5 m～0.8 m；墩頂局部加厚；主墩墩頂設(shè)置一道橫梁，厚2.5 m；邊跨梁端設(shè)置一道橫梁，厚1.5 m。

主梁采用縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。縱向預(yù)應(yīng)力采用9φs15.2，12φs15.2和15φs15.2鋼絞線，錨下張拉控制應(yīng)力為1 339.2 MPa；豎向預(yù)應(yīng)力采用JL32精軋螺紋鋼筋，錨下張拉控制應(yīng)力為706.5 MPa。

由于本橋小T側(cè)邊跨跨徑太小，故會(huì)產(chǎn)生支座負(fù)反力，可采用拉力支座或壓重的方案解決。通常設(shè)計(jì)時(shí)采用在邊跨腹腔內(nèi)灌注混凝土的壓重方案，但此時(shí)需特別注意箱梁底板的配筋設(shè)計(jì)。

4 主橋施工流程

考慮到主橋跨越通航水域，采用掛籃懸澆的施工方案，對(duì)通航基本無影響。簡要施工流程如下：

1)施工下部結(jié)構(gòu)。2)施工大、小T側(cè)0號(hào)塊，安裝掛籃。3)懸臂法施工1號(hào)～8號(hào)節(jié)段。4)搭設(shè)支架現(xiàn)澆小T側(cè)邊跨現(xiàn)澆段，完成小T側(cè)邊跨合龍。在小T側(cè)邊跨合龍的同時(shí)繼續(xù)懸臂澆筑施工大T側(cè)的9號(hào)節(jié)段。5)懸臂澆筑小T側(cè)中跨方向的9號(hào)、10號(hào)節(jié)段，以及大T側(cè)的10號(hào)～15號(hào)節(jié)段。小T側(cè)的懸臂澆筑節(jié)段施工完成后，需及時(shí)灌注邊跨壓重混凝土。6)懸臂澆筑大T側(cè)最后兩個(gè)節(jié)段的同時(shí)完成大T側(cè)邊跨現(xiàn)澆段的施工。7)拆除全部掛籃。完成大T側(cè)邊跨合龍。8)完成中跨合龍。9)橋面系施工；成橋運(yùn)營。在進(jìn)行施工組織安排時(shí)，大T側(cè)T構(gòu)宜適當(dāng)推遲施工，避免中跨合龍時(shí)兩側(cè)節(jié)段的混凝土齡期差距太大。且施工時(shí)應(yīng)該特別注意掛籃的拆除時(shí)間，因?yàn)楸緲虻氖┕み^程需要考慮掛籃的壓重作用以盡可能的減少小T側(cè)懸臂澆筑最后兩個(gè)節(jié)段時(shí)的不平衡彎矩，從而減小臨時(shí)錨固措施的設(shè)計(jì)難度及費(fèi)用。

5 主橋結(jié)構(gòu)計(jì)算

5.1 計(jì)算參數(shù)

1)混凝土強(qiáng)度：C50。2)設(shè)計(jì)荷載：公路—Ⅰ級(jí)，人群荷載3.5 kN/m2。3)梯度溫度：升溫T1=14 ℃,T2=5.5 ℃。降溫T1=-7 ℃,T2=-2.75 ℃。4)錨下張拉控制應(yīng)力：1 339.2 MPa。5)波紋管摩擦系數(shù)：0.25。6)波紋管偏差系數(shù)：0.001 5。7)基礎(chǔ)不均勻沉降：沉降一：2號(hào)墩2 cm+4號(hào)墩1 cm。沉降二：1號(hào)墩1 cm+3號(hào)墩2 cm。

5.2 荷載組合

組合一：恒載+汽車+升溫+沉降一；組合二：恒載+汽車+升溫+沉降二；組合三：恒載+汽車+降溫+沉降一；組合四：恒載+汽車+降溫+沉降二。

5.3 施工階段劃分

根據(jù)施工方案主橋劃分為23個(gè)施工階段。

5.4 計(jì)算結(jié)果

1)承載能力極限狀態(tài)。根據(jù)規(guī)范，基本組合下承載能力包絡(luò)圖見圖3。

2)正常使用極限狀態(tài)。按照A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件對(duì)各工況進(jìn)行正截面及斜截面抗裂驗(yàn)算,計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 抗裂驗(yàn)算

根據(jù)規(guī)范要求，預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件在作用短期效應(yīng)組合下預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件允許出現(xiàn)0.7ftk=-1.855 MPa拉應(yīng)力，荷載長期效應(yīng)組合不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力，現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件主拉應(yīng)力應(yīng)小于0.5ftk=-1.325 MPa。從表2可以看出短期效應(yīng)組合未出現(xiàn)拉應(yīng)力,無需對(duì)長期效應(yīng)組合進(jìn)行驗(yàn)算，且各截面應(yīng)力均在規(guī)范要求范圍內(nèi)。

3)持久及短暫狀況截面應(yīng)力。施工過程出現(xiàn)最大壓應(yīng)力為13.57 MPa,出現(xiàn)最大拉應(yīng)力為-1.05 MPa。

根據(jù)規(guī)范要求，持久狀況計(jì)算時(shí)，預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件最大壓應(yīng)

力應(yīng)小于0.5fck=16.2 MPa；最大主壓應(yīng)力應(yīng)小于0.6fck=19.44 MPa。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，持久狀況最大正應(yīng)力為15.51 MPa,最大主壓應(yīng)力為10.16 MPa，表明鋼束配置可以滿足規(guī)范要求。

4)結(jié)構(gòu)剛度。根據(jù)靜力計(jì)算結(jié)果，本橋在活載作用下的位移值(加入長期增長系數(shù))見表2。

表2 主橋活載位移

通常來說，變截面連續(xù)梁的結(jié)構(gòu)剛度不會(huì)控制設(shè)計(jì)，本橋的剛度遠(yuǎn)大于規(guī)范的限值。

6 結(jié)語

變截面連續(xù)梁結(jié)構(gòu)剛度大、整體性好，行車舒適，視野開闊，外形簡潔流暢，造價(jià)經(jīng)濟(jì)合理，在50 m～150 m左右具有很好的適應(yīng)能力，且施工可采用掛籃施工，施工方案受場(chǎng)地的影響小，故變截面連續(xù)梁為目前國內(nèi)采用較多的一種結(jié)構(gòu)形式。本橋由于場(chǎng)地限制，采用了大、小T的設(shè)計(jì)思路完成了設(shè)計(jì)方案，進(jìn)一步拓展了變截面連續(xù)梁的適用范圍(邊中跨比例小于0.4的情況)。與常規(guī)連續(xù)梁比，設(shè)計(jì)施工時(shí)需特別注意以下問題：

1)在大、小T劃分時(shí)，需盡可能的使大小T的長度靠近，確保結(jié)構(gòu)尺寸可以更加合理。

2)合理確定掛籃的拆除階段(因掛籃需平衡小T側(cè)邊跨合龍后往跨中懸臂澆筑時(shí)兩個(gè)獨(dú)立懸澆節(jié)段的不平衡彎矩，以減小臨時(shí)錨固措施的設(shè)計(jì)難度及費(fèi)用)。

3)為了避免中跨合龍時(shí)兩側(cè)節(jié)段混凝土的齡期差距過大，需合理安排施工工期，盡可能降低兩側(cè)T構(gòu)合龍時(shí)的混凝土齡期差。

4)由于小T側(cè)邊跨太小，故需設(shè)置壓重，通常采用在箱室內(nèi)灌注混凝土的方案，此時(shí)需要特別注意箱梁底板的配筋設(shè)計(jì)。

5)當(dāng)橋梁較寬時(shí)，箱梁需設(shè)置三腹板，邊跨支座建議采用雙支座設(shè)計(jì)，如采用三支座，三支座受力不均且三支座反力的計(jì)算難度大，導(dǎo)致壓重混凝土方量不宜控制。且三支座設(shè)計(jì)時(shí)，由于橫梁預(yù)應(yīng)力張拉產(chǎn)生的次內(nèi)力，極端情況下會(huì)出現(xiàn)某個(gè)支座脫空的情況，故建議邊支座采用雙支座設(shè)計(jì)，簡化設(shè)計(jì)難度。

限于作者水平有限，本文難免有不足與錯(cuò)誤之處，歡迎批評(píng)指正。

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

[2] JTG D62—2012，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] JTG/T B02—01—2008，公路橋涵抗震設(shè)計(jì)細(xì)則[S].

[4] 橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2010.

[5] 曹雙寅，舒贛平，馮 健，等.工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].南京：東南大學(xué)出版社，2010.

The design and calculation of 70 m +100 m +38.8 m continuous beam

Zhong Zhenhua

(HangzhouTransportationPlanningandDesignInstitute,Hangzhou310004,China)

Combining with the actual situation of a 70 m+100 m+38.8 m pre-stressed concrete continuous beam engineering, this paper used the construction scheme of cantilever casting, under this condition determined the structure size and parameters calculation of the bridge, put forward some details should be paid attention to with conventional continuous beam design in design, and according to the bridge specifications made calculation and analysis on structure, for reference.

continuous beam, main bridge structure, cantilever casting construction, bearing capacity

1009-6825(2017)07-0182-02

2016-12-23

鐘振華(1984- )，男，工程師

U442

A