高速公路钢混组合箱梁桥设计

2012-07-30石利强

山西建筑 2012年9期

石利强

(山西省交通规划勘察设计院，山西太原 030012)

1 工程概况

秦城枢纽为忻阜高速和大运高速公路交叉而设置，是忻阜高速公路的重点工程，H匝道桥为该枢纽中跨越原太高速公路的跨线桥。为了最大限度地减少对既有道路交通的影响，该桥选用施工方便、架设速度快、跨越性能好的(28.5+45+28.5)m的三跨连续钢混组合箱梁结构，全长为110.0 m。

2 设计技术标准

1)设计速度:H匝道桥按60 km/h。2)设计车辆荷载:公路—Ⅰ级。3)桥面净宽:9.5 m。4)环境类别:总体按Ⅱ类环境设计，部分结构按Ⅰ类环境控制。5)地震烈度:地震峰值加速度为0.2g，特征周期值 0.45 s，桥梁按 8 度设防。

3 结构设计

3.1 上部结构

主梁是由钢梁和混凝土桥面板组成的箱形断面，共有两个箱室，两个箱体之间通过横向连接系相连接，钢梁主要由顶板、腹板、底板、腹板竖向加劲肋、底板纵向加劲肋、横隔板、横隔板加劲肋及横向连接系组成。主梁采用C50混凝土，钢梁钢板采用符合国标GB 1591-94低合金高强度结构钢的Q345E钢板。主梁横断面如图1所示。

3.2 下部结构

下部结构采用花瓶式墩，单个桥墩由两个花瓶式墩柱组成，两个墩柱之间由盖梁相连接;桥墩、桥台基础采用钻孔灌注桩。

4 整体计算分析

钢混组合梁桥的主梁是由钢梁和混凝土桥面板组成，在不同的工作阶段，其荷载的分配方式也有所不同。为此，在结构设计时对该桥施工阶段和使用阶段的主要工况进行了基于杆系模型的整体仿真计算，以掌握结构受力状态，保证结构的安全性。

计算时将钢主梁作为主截面模拟，混凝土桥面板作为附加截面进行模拟，并同时考虑预应力效应。全桥划分为104个单元，105个节点，其中A段为1号～35号单元，B段为36号～69号单元，C段为70号～104号单元。

4.1 荷载参数选取

1)恒载。一期恒载:钢箱梁重量按设计尺寸计算，混凝土容重取26 kN/m3;

2)混凝土的收缩及徐变作用。按JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范规定计算，年平均相对湿度80%，混凝土收缩徐变3 000 d;

3)预应力作用。纵向预应力筋采用直径15.2的低松弛预应力钢束，采用两端张拉。考虑预应力张拉锚固、压浆和混凝土形成组合截面的过程，预应力损失同步计入。

4)温度荷载(两种)。整体温差:按JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范规定，计算时取体系升温温差20℃，降温温差20℃;梯度温度:依据JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范第4.3.10条的规定，桥面铺装为10 cm沥青混凝土，最高温度T1取14℃，T2取5.5℃，竖向日照反温差为正温差乘以－0.5。

5)汽车荷载:公路—Ⅰ级。选取单根主梁分析计算，其横向分布系数按杠杆法进行计算。

6)冲击力。按04规范上进行取值，求取其冲击系数为0.088 65。负弯矩区的冲击系数为0.186 2。

4.2 各计算工况说明及计算分析结果

主梁钢箱梁部分采用分段制作:A，C段34.5 m，B段33 m，然后整体吊装后拼接，最后浇筑混凝土桥面板。该桥施工工序示意图如图2所示。

限于篇幅，计算时主要考虑了三种工况，各工况及各工况下该桥主梁结构的内力、应力及变形计算结果如下:

工况一:架设A，B，C段，各梁段分别处于简单支撑状态。本阶段模拟钢箱梁各个梁段简单吊装在墩台支架上的状态，没有安装混凝土桥面板，只有钢箱梁主截面。钢梁段A和C在吊装就位后处于带悬臂的简支梁状态;钢梁B位于三个临时墩上，受力体系为对称布置的两跨连续梁。钢梁只受到自重荷载的作用，应力水平较低。主梁的内力、应力及变形计算结果如图3～图5所示。

工况二:模拟拼接好三段箱梁，填充箱梁内部无收缩混凝土，浇筑完除墩顶两侧范围6 m的混凝土桥面板，混凝土桥面板作为附加截面与钢梁主截面共同参与受力后拆除临时支架的情形。主梁的内力、应力及变形计算结果如图6～图9所示。由图6～图9可知，该阶段由于中跨的临时支撑拆除，导致中跨的正弯矩和中墩顶部的负弯矩均增大，边跨的正弯矩减小。中跨正弯矩的增加会给中跨已经浇筑的混凝土桥面板施加预压应力，边跨正弯矩的减小会使得已经参与受力的边跨混凝土板出现拉应力，同时由于中跨的临时墩拆除会使得中跨出现较大的竖向变形，边跨的竖向变形会减小一些。