某双薄壁墩曲线连续刚构桥验算和优化

赵 志 国

(辽宁省交通规划设计院，辽宁 沈阳 110166)

某双薄壁墩曲线连续刚构桥验算和优化

赵 志 国

(辽宁省交通规划设计院，辽宁 沈阳 110166)

以某高速公路中一座预应力混凝土连续刚构桥工程为例，由于现桥梁全线改为新规范标准，对未施工的主梁进行了纵向安全性验算，并提出相应改进优化措施，为类似工程施工计算提供了思路。

双薄壁墩，连续刚构，验算，优化

1 工程概况

该桥是一座58 m+100 m+58 m的预应力混凝土连续刚构桥，处于R=380 m的圆曲线上，桥面横坡为5%。桥梁左、右幅桥面净宽均为11.25 m，箱梁顶、底板横坡与桥面横坡一致。单幅箱梁顶板宽11.25 m，底板宽6 m，外翼缘悬臂长2.625 m。跨中及边跨现浇段处梁高2.3 m，底板厚0.25 m，0号墩顶梁高6 m，底板厚为0.8 m，箱梁底板厚从箱梁根部截面的0.8 m渐变至跨中及边跨支点截面的0.25 m，箱梁高度按二次抛物线变化。箱梁腹板在墩顶范围内厚0.75 m,其余范围内厚度为0.5 m。

纵向预应力采用φs15.2钢绞线，分悬臂顶板束、腹板弯起束、边中跨合龙连续束及现浇段弯起束四类。悬臂顶板束19-φs15.2采用19-φs15.2钢绞线，腹板弯起束采用16-φs15.2钢绞线，顶板连续预应力束采用19-φs15.2，底板连续预应力束采用16-φs15.2钢绞线，现浇段弯起束采用16-φs15.2钢绞线，锚具采用群锚体系。纵向预应力束除边跨顶板连续束采用单端张拉外，其余均采用两端张拉。竖向预应力束采用JL32精轧螺纹钢筋，JLM螺母锚具，横向布置每条腹板1排～2排，纵向间距为35 cm～45 cm。

桥墩采用双柱式矩形薄壁墩，顺桥向墩宽为2 m，横桥向墩宽为6 m，双薄壁截面中心距为5.2 m，桩采用直径2 m钻孔灌注桩。0号台采用桩柱式桥台，桩基采用1.5 m的钻孔灌注桩，3号台采用重力式桥台，浅基础。

2 计算模型与方案

2.1 计算模型

本桥为单箱单室预应力混凝土连续刚构，采用分幅设计，纵向支撑体系明确，以纵向受力效应为主。平曲线半径为380 m，虽然规范中对于平曲线影响调整系数未有明确的规定，但平弯效应不能忽视。因此从计算分析需求及安全性考虑，采用Midas Civil 2012 进行空间杆系建模及内力计算，计算模型见图1。

2.2 模型设定

表1 施工阶段划分

本桥1号桥墩高64 m，2号桥墩高53 m，桥墩较柔。桥墩桩基位于中风化花岗片麻岩，桩基均按嵌岩桩设计，为简化计算，忽略承台以下基础的水平变形，桥墩底部按固结处理。

本桥为连续刚构桥，采用空间杆系模型分析，应充分考虑支座抗压刚度的影响，根据图纸提供支座型号和支座产品说明，抗压刚度取17 745 680 t/m。

定义墩顶横隔板截面时，采用倒角根部断面内扩1/2横隔板厚度处理，而未采用全截面，主要是由于纵向效应传递不可能脱离应力扩散角的范围传递到全截面。如采用全截面的设定，将得到远小于实际情况的预应力度和配筋率。

2.3 施工阶段处理

按原桥设计说明书，本桥施工方案为：

下部基础施工→0号块浇筑→悬臂现浇(同时边跨端部现浇)→边跨合龙→中跨合龙。

计算模型中全桥共分18个施工阶段(部分施工阶段表中略)(见表1)，静力荷载工况详见表2。

表2 静力荷载工况

3 计算结果分析

计算完成后，标准值应力结果见图2～图4。

根据计算结果可以看出：主梁上缘最大组合应力为1.52 MPa,最小出现在边跨端部支架现浇段附近；主梁下缘最大组合应力为-4.02 MPa，出现在中跨跨中。结合其他组合应力图可看出桥梁应力各区域变化很大，应力分布显然不合理，且压应力过大，可调整预应力钢束使应力分布更合理(合理预应力布置一般应控制有2 MPa的压应力储备)。

表3 验算结果及结论

4 结果分析及优化措施

利用Midas Civil软件中“PSC设计”功能，可以得到全桥验算结果见表3。

根据上面计算结果，可从以下几个方面对原桥进行优化：

1)提高混凝土强度。

在新规范的短期效应组合中预应力折减和现行控制恒载挠度的设计思路的约束下，通过降低预应力度来减少墩顶压应力的效果十分有限，因此可以提高主梁混凝土强度。

2)调整边跨合龙段钢束。

在短期荷载组合作用下，特别是在温度效应作用和预应力折减的影响下，原桥的边跨端部顶板未能通过正截面抗裂验算，因此可以将边跨合龙段钢束BT由15～19提高到15～25，同时在主桥两端BT束附近各增加一对15～19边跨合龙补充束。

3)调整边跨底板束及边跨腹板束。

由于增加了腹板厚度及调整边跨合龙顶板钢束，重新计算时发现边跨端1/2跨抗弯承载力不足，因此可同时提高边跨底板钢束及边跨腹板钢束的规格。边跨底板钢束B1，B2均由15～16提高到15～20；边跨腹板钢束F1，F2由15～19提高到15～21。

4)根据计算结果结合新制作规范，更换部分不满足要求支座型号。

5)按优化后设计，重新建模计算，各项分析结果均能满足新规范要求，见表4。

表4 优化后验算结果

5 结语

连续刚构桥具备优异的力学性能，同时外观简洁，曲线优美，近些年来在公路和铁路桥梁中得到广泛的应用，目前该桥已建成通车，使用状况良好。本文提供的计算思路和方法可作为其他同类型桥设计参考。

[1] 范力础.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，2005.

[2] JTG D60-2004，公路桥涵设计通用规范[S].

[3] JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[4] JTG/T F50-2011，公路桥涵施工技术规范[S].

[5] 张烈霞.混凝土连续刚构桥墩固结处的应力分析[J].山西建筑，2008，34(5):336-337.

Checking computation and optimization of the curved continuous rigid bridge with double thin-wall piers

ZHAO Zhi-guo

(LiaoningInstituteofTrafficPlanningandDesign,Shenyang110166,China)

Taking the prestressed concrete continuous rigid highway bridge engineering as an example, owning to the new criteria of the bridge line, the paper carries out vertical security checking computation of the major beam without construction, and puts forward corresponding optimizing measures, which has provided a concept for similar engineering construction computation.

double thin-wall piers, continuous rigid structure, checking computation, optimization

1009-6825(2014)11-0202-03

2014-02-09

赵志国(1980- )，男，工程师

U448.23

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