江門水道大橋設(shè)計(jì)方案比選

代宇勇

（廣州特希達(dá)科技有限公司，廣東廣州510220）

江門水道大橋設(shè)計(jì)方案比選

代宇勇

（廣州特希達(dá)科技有限公司，廣東廣州510220）

江門水道大橋主橋跨徑組合為（52.5+80+77.5+80+52.5）m，設(shè)計(jì)階段采用剛構(gòu)-連續(xù)體系、連續(xù)體系、鋼構(gòu)體系進(jìn)行對(duì)比分析?，F(xiàn)主要介紹設(shè)計(jì)方案比選、主要計(jì)算成果、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)等。

剛構(gòu)-連續(xù)體系；連續(xù)體系；鋼構(gòu)體系；橋梁設(shè)計(jì)

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋在近三十年得到了廣泛的應(yīng)用，連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)體系主要有：連續(xù)體系、剛構(gòu)體系、剛構(gòu)-連續(xù)體系等。

連續(xù)體系為上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)采用支座連接；連續(xù)剛構(gòu)體系為墩梁固結(jié)，利用高墩柔度適應(yīng)預(yù)應(yīng)力、混凝土收縮徐變、溫度應(yīng)力等引起的位移；剛構(gòu)-連續(xù)體系為前兩者的組合體系，通常在數(shù)個(gè)中墩采用墩梁固結(jié)，其它中墩采用支座連接形式。[1]

三種結(jié)構(gòu)體系在現(xiàn)實(shí)橋梁設(shè)計(jì)中都得到了廣泛的應(yīng)用，結(jié)合三種體系的受力特點(diǎn)，根據(jù)江門水道大橋?qū)嶋H的上下部結(jié)構(gòu)特殊性，比選得出橋梁最佳結(jié)構(gòu)類型。

1 主橋跨徑布置的控制因素及選擇

1.1 橋位現(xiàn)狀

新建江門水道大橋擬在緊鄰大洞大橋（現(xiàn)有橋梁）下游跨越江門水道建設(shè)。江門水道屬于內(nèi)河三級(jí)航道，橋址處水面寬約285 m，橋位屬珠江三角洲沖淤積平原地貌，地勢(shì)平坦，處河道順直，河床穩(wěn)定，屬常年通航河流。

1.2 附近現(xiàn)狀橋梁調(diào)查

現(xiàn)有大洞大橋緊鄰擬建橋梁，大洞大橋1990年8月建成通車，后又對(duì)其半幅擴(kuò)建，現(xiàn)為雙幅四車道雙向行車，舊橋主橋跨徑為（52.5+80+52.5）m連續(xù)箱梁；擴(kuò)建半幅主橋跨徑為（52.5+80+52.5）m連續(xù)剛構(gòu)箱梁；主橋下部為空心薄壁墩，引橋?yàn)殡p柱式橋墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)?，F(xiàn)有橋梁為單孔雙向通航。

1.3 通航

根據(jù)航道局通航論證意見：該河段規(guī)劃為內(nèi)河Ⅲ級(jí)航道，同意采用主橋跨徑組合為（52.5+80+77.5+80+52.5）m方案，兩通航孔跨徑分別為80 m和77.5 m凈高10 m，其尺寸滿足橋位河段內(nèi)河Ⅲ級(jí)航道的通航要求。

2 橋梁跨徑及橋型方案的總體構(gòu)思

2.1 主橋橋式方案設(shè)計(jì)原則

根據(jù)江門水道大橋水文、地質(zhì)及通航條件，主橋橋式方案在滿足通航要求的前提下，重點(diǎn)突出結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性，主要做到以下幾點(diǎn)：

（1）滿足內(nèi)河Ⅲ級(jí)航道通航尺度；

（2）橋墩盡量與現(xiàn)有大洞大橋?qū)R，減少堵水面積；

（3）結(jié)構(gòu)形式盡量與現(xiàn)有大洞大橋統(tǒng)一，以保證整體美觀性；

（4）結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)。

結(jié)合橋位建設(shè)條件，考慮功能、造價(jià)、景觀、線路與水道的相對(duì)位置關(guān)系、橋位處的現(xiàn)狀情況，同時(shí)考慮通航安全、遠(yuǎn)期舊橋改造及結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，經(jīng)綜合分析，針對(duì)主橋提出三種橋型方案進(jìn)行比選：方案一：剛構(gòu)-連續(xù)體系；方案二：連續(xù)體系；方案三：剛構(gòu)體系。

2.2 方案介紹

2.2.1 方案一：主橋（52.5+80+77.5+80+52.5）m剛構(gòu)-連續(xù)體系方案

主橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)箱梁。主跨80 m、77.5 m，邊跨52.5 m。邊中跨比約為0.67。

主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，主梁截面形式為變高度、直腹板單箱雙室截面。主梁頂板寬19.3 m，兩側(cè)懸臂翼緣板寬3.5 m。

主梁高度：主墩頂4.8 m，高跨比1/16.7；跨中2.4 m，高跨比1/33.3；梁高采用2次拋物線變化。主橋箱梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系。

主墩及邊墩均采用薄壁墩，墩高約為11 m。中墩墩身截面縱橋向?qū)挾葹? m，橫橋向與箱梁底同寬為12.3 m；邊墩墩身截面縱橋向?qū)挾葹?.8 m，橫橋向?qū)挾葹?1.3 m，墩頂設(shè)蓋梁。

中跨中墩墩梁固結(jié)，中跨邊墩設(shè)置J Z Q Z-30000支座。

主墩基礎(chǔ)采用8根直徑1.8 m的鉆孔灌注樁，承臺(tái)高度3.0 m；邊墩基礎(chǔ)采用6根1.6 m的鉆孔灌注樁，承臺(tái)高度2.5 m。

該方案樁基采用常規(guī)鉆孔灌注樁施工方法，主墩承臺(tái)可采用鋼板樁圍堰法施工，主梁采用掛籃現(xiàn)澆施工。

2.2.2 方案二：主橋（52.5+80+77.5+80+52.5）m連續(xù)體系方案

主橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。主梁梁高、頂?shù)装搴穸取⒘憾蝿澐值绕渌鼌?shù)均與剛構(gòu)-連續(xù)體系相同。中墩設(shè)置J Z Q Z-30000支座，中跨中墩設(shè)置固定支座，其余橋墩設(shè)置單向支座。

2.2.3 方案三：主橋（52.5+80+77.5+80+52.5）m連續(xù)鋼構(gòu)體系方案

主橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)。主梁梁高、頂?shù)装搴穸?、梁段劃分等其它參?shù)均與剛構(gòu)-連續(xù)體系相同。中跨采用墩梁固結(jié)。

3 主橋結(jié)構(gòu)計(jì)算及方案比選

3.1 主橋縱向計(jì)算

該橋縱向分析采用平面桿系程序”橋梁博士”計(jì)算程序。

3.1.1 主要計(jì)算參數(shù)

（1）恒載：一期恒載為主梁。橫隔板、齒塊作為外部荷載考慮，不參與結(jié)構(gòu)受力。二期恒載為橋面防撞欄、橋面鋪裝等。

（2）活載：公路—Ⅰ級(jí)，五車道；偏載系數(shù)取值1.15。橫向分布系數(shù)汽車5×0.6×1.15=3.45。

（3）施工環(huán)境：年平均相對(duì)濕度取RH=80%。

（4）溫度模式

均勻溫差：升溫取+20℃，降溫取-20℃。

梯度溫度：按照通用規(guī)范取值。

合龍溫度：以15℃～25℃考慮。

（5）基礎(chǔ)不均勻沉降

考慮到樁基礎(chǔ)為嵌巖樁，雖然施工中樁基底會(huì)有沉淀土厚度，但在懸澆過(guò)程中結(jié)構(gòu)恒載作用下的沉降已基本完成，因此，在計(jì)算中，邊墩取值-1 c m，主墩取值-2 c m。

（6）施工順序

366 Retrospective analysis on influencing factors of intraoperative indexes of robot-assisted laparoscopic radical prostatectomy

該橋下部結(jié)構(gòu)為群樁基礎(chǔ)，采用鉆孔施工；上部結(jié)構(gòu)采用懸臂澆注法4個(gè)T同時(shí)施工，先合龍兩個(gè)邊跨，后合龍中跨。邊跨合龍段采用設(shè)置臨時(shí)墩合龍；中跨合龍段采用合龍吊架施工。

（7）構(gòu)件設(shè)計(jì)

采用預(yù)應(yīng)力混凝土全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計(jì)、為現(xiàn)澆施工。

3.1.2 計(jì)算結(jié)論

經(jīng)計(jì)算分析剛構(gòu)-連續(xù)體系比其它兩種體系主梁彎矩要小，跨中彎矩連續(xù)體系最大，支點(diǎn)彎矩剛構(gòu)體系要大。

3.2 下部結(jié)構(gòu)計(jì)算

采用M ID AS/ci v i l2012進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合施工方案及其構(gòu)造特征進(jìn)行結(jié)構(gòu)離散。樁土效應(yīng)采用m法進(jìn)行計(jì)算，換算成節(jié)點(diǎn)彈性支撐進(jìn)行模擬。

3.2.1 施工階段劃分

共劃分有31個(gè)施工階段和1個(gè)使用階段。具體施工段劃分見表1所列。

表1 主要施工階段表

3.2.2 主要計(jì)算參數(shù)

設(shè)計(jì)參數(shù)按照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(J T G D60-2004)的有關(guān)規(guī)定取值，取值與上部結(jié)構(gòu)相同，在計(jì)算中計(jì)入了沖擊力、風(fēng)荷載、制動(dòng)力。結(jié)構(gòu)離散圖見圖1所示。

圖1 計(jì)算結(jié)構(gòu)離散圖

3.3 主要計(jì)算結(jié)論

3.3.1 橋墩承載能力驗(yàn)算對(duì)比

從m id a s模型中提取樁基內(nèi)力進(jìn)行分析計(jì)算對(duì)比，對(duì)中墩橋墩的墩頂和墩底截面按偏壓構(gòu)件進(jìn)行順橋向和橫橋向承載能力驗(yàn)算。計(jì)算結(jié)果見表2～表5所列。

表2 墩頂截面及橫橋向內(nèi)力信息表

表3 墩底截面及橫橋向內(nèi)力信息表

表4 墩頂截面及縱橋向內(nèi)力信息表

表5 墩底截面及縱橋向內(nèi)力信息表

通過(guò)橋墩內(nèi)力驗(yàn)算對(duì)比，連續(xù)鋼構(gòu)體系彎矩較大，橋墩配筋較多，雙排32鋼筋間距10 c m裂縫寬度接近限值。連續(xù)鋼構(gòu)體系方案不經(jīng)濟(jì),在下部結(jié)構(gòu)抗震分析中不再對(duì)此方案進(jìn)行對(duì)比分析。

3.3.2 樁基承載能力驗(yàn)算對(duì)比

從m id a s模型中提取樁基內(nèi)力進(jìn)行分析計(jì)算對(duì)比，計(jì)算結(jié)果見表6所列。

表6 樁基內(nèi)力信息表

樁基承載力均滿足要求，連續(xù)鋼構(gòu)體系樁基彎矩最大，配筋最大。

3.4 下部結(jié)構(gòu)抗震分析對(duì)比

3.4.1 抗震分析建模要點(diǎn)

根據(jù)《工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告》及《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》（J T G/T B02-01-2008），該橋抗震設(shè)防類別為B類。設(shè)防目標(biāo)：E1地震作用下，一般不受損壞或不需修復(fù)可繼續(xù)使用；E2地震作用下，應(yīng)保證不致倒塌或產(chǎn)生嚴(yán)重結(jié)構(gòu)損傷，經(jīng)臨時(shí)加固后可維持應(yīng)急交通使用。

橋址所在抗震設(shè)防烈度為7級(jí)，建筑場(chǎng)地類型為Ⅲ級(jí)，該橋E1、E2作用均采用SM/MM分析計(jì)算方法。

抗震分析采用多振型反應(yīng)譜法，水平設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜S由下式確定：

建模要點(diǎn)：根據(jù)規(guī)范建立全橋空間動(dòng)力計(jì)算模型，采用M ID AS/ci v i l 2012軟件進(jìn)行計(jì)算分析，對(duì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行加速度反應(yīng)譜分析計(jì)算，模態(tài)組合采用S R SS法。全橋考慮土-下部結(jié)構(gòu)-上部結(jié)構(gòu)的共同協(xié)同工作抵抗縱、橫橋向地震作用。真實(shí)模擬樁基礎(chǔ)，利用土彈簧模擬樁-土相互作用。

3.4.2 E2地震作用橋墩截面塑性判斷

剛構(gòu)-連續(xù)體系：結(jié)合截面彎矩曲率分析曲線，固定墩橋墩順橋向及橫橋向E2作用下彎矩均小于屈服彎矩，均處于彈性狀態(tài)。連續(xù)體系：截面彎矩曲率分析曲線，中墩橋墩橫橋向E2作用下彎矩小于屈服彎矩，均處于彈性狀態(tài)，橋墩順橋向E2作用下彎矩大于屈服彎矩，小于極限屈服彎矩，橋墩處于塑性狀態(tài)。

連續(xù)體系中墩設(shè)單個(gè)固定支座，順橋向固定支座橋墩抵抗地震作用，在E2地震作用下，其處于塑性狀態(tài)。剛構(gòu)-連續(xù)體系中墩兩個(gè)橋墩固結(jié)，兩個(gè)橋墩抵抗順橋向地震作用，在E2地震作用下，其處于彈性狀態(tài)。故剛構(gòu)-連續(xù)體系作為該橋梁主橋的推薦方案。

3.4.3 抗震分析計(jì)算結(jié)果（剛構(gòu)-連續(xù)體系）

（1）E1作用下對(duì)下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行橫橋向、順橋向承載能力極限狀態(tài)計(jì)算對(duì)比分析按照最小配筋率均滿足承載力要求。

（2）E2作用下承載能力極限狀態(tài)計(jì)算結(jié)果見表7所列。

表7 E2作用下承載能力極限狀態(tài)計(jì)算結(jié)果表

（3）變形驗(yàn)算

結(jié)合截面彎矩曲率分析曲線，根據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》7.4條及附錄B圓形及矩形截面屈服曲率和極限曲率計(jì)算，單柱墩允許位移按下式計(jì)算：

截面的等效屈服曲率φy=0.004 878（1/m）。

最大允許轉(zhuǎn)角θu=0.378 04。

橋墩允許位移Δu=25.22 c m。

E2地震作用下，2000 a重現(xiàn)期縱向最大位移為15.4 c m。

變位驗(yàn)算滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

（4）支座驗(yàn)算

E2地震作用下：縱橋向：500 a重現(xiàn)期支座水平最大位置為2.4 c m，2 000 a重現(xiàn)期支座水平最大位置為10.0 c m；橫橋向：500 a重現(xiàn)期支座水平最大位置為0.9 c m，2 000 a重現(xiàn)期支座水平最大位置為3.0 c m。

邊墩及中邊墩支座縱橫向位移量滿足要求。

E2地震作用效益和永久作用效益組合的支座水平力設(shè)計(jì)值滿足支座水平力要求。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)結(jié)構(gòu)計(jì)算選定鋼構(gòu)-連續(xù)體系是該橋梁主橋的最合理、最經(jīng)濟(jì)的方案。

在設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合橋址水文條件、施工條件、墩柱高度等選擇合理、經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)體系。

[1]王文濤.剛構(gòu)-連續(xù)組合梁橋[M].北京:人民交通出版社，1997.

U442.5

B

1009-7716（2017）06-0110-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.032

2017-03-01

代宇勇（1980-），男，河南鄭州人，工程師，從事橋梁工程設(shè)計(jì)工作。