某跨越岷江的大跨预应力砼连续刚构桥的设计

2018-03-08刘伟

四川建筑 2018年1期

刘伟

(四川省交通运输厅交通勘察设计研究院，四川成都 610017)

[定稿日期]2017-12-13

1 工程概况

犍为岷江二桥是国道213线犍为县城区过境段工程中的一座重要大桥，也是犍为县境内跨越岷江的第二座大桥。该桥的建设一方面缓解了上游国道213线老岷江大桥和城区过境交通压力，另一方面为岷江两岸居民的生产、生活及出行带来了极大方便。同时又建立了县城第二条过江通道，保证应急需要，为犍为县的整体发展提供了交通便利。

主桥平面位于直线上，桥跨布置为(118+215+118) m预应力砼三跨连续刚构，横向按双幅分离、对称布置。主梁采用单箱单室截面，主墩为双薄壁墩。主桥立面如图1所示。

图1 主桥立面(单位：m)

2 主要技术标准

(1)公路等级：一级公路；

(2)设计速度：60 km/h；

(3)荷载等级：公路-Ⅰ级，人群荷载3.0 kN/m2；

(4)桥面宽度：26.5 m[2.25 m(人行道)+10.0 m(车行道)+2.0 m(中央分隔带)+10.0 m (车行道)+2.25 m(人行道)]；

(5)地震基本烈度：Ⅶ度，50年超越概率10 %，地震动峰值加速度为0.095g；

(6)主桥设计洪水频率：1/300；

(7)通航等级：Ⅲ-(3)；

(8)设计安全等级：一级；

(9)环境类别：I类；

(10)场地类别：Ⅱ类；

(11)环境的年平均相对湿度：80 %。

3 主桥上部结构设计

3.1 主梁构造

主桥箱梁为三向预应力结构，半幅采用单箱单室截面，梁体采用C60砼。

箱梁顶板宽13.0 m，底板宽7.5 m，外翼板悬臂长2.75 m；箱梁顶板设置成2 %单向横坡，底板按水平设置。箱梁跨中及边跨支架现浇段梁高4.6 m(箱梁高均以边腹板外侧为准)，墩顶根部梁高为13.7 m。从中跨跨中左右各1.0 m处至箱梁根部，箱高以1.6次抛物线变化。箱梁腹板在墩顶范围内厚120 cm，从箱梁根部至跨中梁段腹板有70 cm、60 cm、50 cm三种厚度。箱梁底板厚除墩顶范围为180 cm外，其余梁段底板从箱梁根部截面的150 cm厚以1.5次抛物线渐变至跨中及边跨合拢段截面的32 cm厚。

根据各梁段有效分布宽度的计算，箱梁底板与腹板相交处设有较大倒角。

箱梁0号段长15.0 m，悬臂施工标准节段长度为13×3.0 m+15×4.0 m，全桥单幅共设3个合拢段，其长度均为2.0 m，边跨现浇段长度为9.25 m。1号～28号梁段采用挂篮悬臂浇筑施工，悬臂浇筑梁段最大控制重量2 779.4 kN(10#梁段)，挂篮设计自重1 400 kN(包括施工荷载)。

主桥跨中段设6道横隔板(厚度0.8 m和0.5 m)，边跨段设3道横隔板(厚度0.8 m和0.5 m)，兼作体外束的转向块；在两个主墩墩顶各设2道2.0 m厚的横隔板，兼作体外束的锚固块。

3.2 预应力钢束

(1)纵向预应力束。

箱梁顶板束(T系列钢束)采用22φs15.2和24φs15.2高强低松弛钢绞线，腹板束(W系列钢束)采用22φs15.2和24φs15.2高强低松弛钢绞线，中跨底板束(CB系列钢束)采用24φs15.2高强低松弛钢绞线，边跨底板束(SB系列钢束)采用19φs15.2高强低松弛钢绞线，中跨合龙段顶板束(CT系列钢束)采用22φs15.2高强低松弛钢绞线，边跨合龙段顶板束(ST系列钢束)采用24φs15.2高强低松弛钢绞线。

(2)竖向、横向预应力束。

竖向预应力束采用3φs15.2高强低松弛钢绞线、低回缩锚具体系，箱梁腹板内沿纵向每隔50 cm左右交错布置一束竖向预应力束。10#、22#、30#梁段横隔板设置竖向预应力束。

箱梁顶板内沿纵向每隔100 cm(0#段及端横梁处间距为50 cm)设一道横向预应力束，采用2φs15.2高强低松弛钢绞线。箱梁0#段和梁端横梁内均设置横向预应力束，采用5φs15.24高强低松弛钢绞线。

(3)体外预应力。

体外预应力采用27φs15.2和19φs15.2环氧涂层钢铰线无连接成品索，热挤HDPE防护。为防止主桥在运营期下挠过大，箱梁内体外束可进行再次张拉，张拉控制应力不超过1 116 MPa。

锚固系统：本桥体外预应力锚固系统采用专用锚具，在桥梁运营期间可实现索力调整和整体换索。

转向装置：采用集束式转向器，由无缝钢管弯制而成，在钢束出口处需要做类似喇叭口处理，实际加工长度和样式由体外预应力生产厂家确定。

4 主桥下部结构设计

主墩墩身采用分幅设计，墩身高度约30.0 m，采用钢筋混凝土双支薄壁墩身，承台接钻孔灌注桩基础；每个墩身双肢间净矩6.0 m，每肢纵向厚度2.0 m，横向宽度8.5 m，两侧为圆端型；由于横向间距较小，因此主墩承台采用整体式，顺桥向长16.0 m，横桥向宽30.0 m，厚5.5 m；基础按嵌岩桩设计，一个承台采用18根直径2.5 m钻孔灌注桩。

交界墩采用矩形实体墩，左右分幅设计，断面尺寸为5.0×3.3 m，承台厚3.0 m，单幅桩基为4根φ2.0 m钻孔灌注桩，桩基按嵌岩桩设计。

5 结构计算

5.1 整体静力计算

本桥平面位于直线，采用左右分幅设计，桥宽相对较小，因此主桥结构采用软件桥梁博士3.3.0计算，按梁单元进行主梁施工及成桥阶段的结构静力计算，材料按线弹性计。永久作用包括：结构重力、预加力、混凝土收缩及徐变作用、基础变位；可变作用包括：汽车荷载、人群荷载、温度作用。

由运营阶段应力包络图可以看出，使用阶段，主梁全截面受压；荷载短期组合上缘最小压应力为1.17 MPa，下缘最小压应力为3.85 MPa，最大主拉应力为1.0 MPa；荷载标准组合上缘最大压应力为18.0 MPa，下缘最大压应力为13.5 MPa，最大主压应力为18.0 MPa。截面正应力与主应力均满足现行规范要求。

5.2 全桥稳定计算

本桥主墩高度相对较小，为了有效地减少上部结构的内力，减少混凝土收缩、徐变及温度的影响，主墩采用顺桥向抗推刚度较小的双支薄壁墩，因此其稳定问题突出，特别是悬臂浇筑施工过程的稳定性就成为设计时所必须考虑的一个重要控制因素。为确保结构安全，设计采用Midas Civil2016软件对该桥最大双悬臂、最大单悬臂施工阶段进行屈曲稳定性计算。

模型中，除了考虑结构自重外，还需考虑施工荷载及风荷载。

(1)施工荷载。

施工荷载共考虑三种：

①梁段重量差，一侧超重5 %，另一侧减小5 %；

②挂篮、现浇块件及施工机具的动力系数，一端取1.2，另一端取0.8；

③施工临时荷载，一侧悬臂作用8.5 kN/m的均布荷载，并在悬臂端头作用200 kN的集中力，另一端空载。

(2)风荷载。

①横桥向。

除了对称加载外，还应考虑不对称加载，左侧承受100 %横向风，右侧承受50 %横向风，方向相同；桥墩承受100 %横向风。

由于主梁纵向高度不同，因此各点的风力值也不同，计算时以一个梁段为单位计算。

②竖桥向。

参照BS5400，竖向风压取横向风压的0.4倍。