不规则弯桥设计方法探讨

2019-02-17崔跃鑫

四川水泥 2019年7期

崔跃鑫

（山西省城乡规划设计研究院工程设计中心，山西太原 030001）

1 项目概况

此高架桥桥长820m，宽35m，上跨两条市政道路、一条铁路。本次研究对象为4 孔30 米现浇箱梁桥,本桥分为单幅，下部采用柱式墩，钻孔灌注桩基础。桥下净高不小于4.5m；设计荷载为城—A 级。预应力构件按照JTG D62-2004 规范的A类构件设计；普通钢筋混凝土构件按II 类环境，最大裂缝宽度不大于0.2mm。

1.1.上部结构构造

跨径4x30m 预应力混凝土等高现浇连续箱梁，起点桩号K1-178.571，终点桩号K1-58.571。平面上约74m 长位于R=1000m 圆曲线上，46m 长位于直线段上。自起点约81m 长度位于半径R＝3000m 竖曲线上，桥面纵坡变坡点在K1-60.072处，两侧坡度分别为3.855%和0.3%。

桥面宽35m，采用整体式现浇箱梁，单箱六室。箱梁顶板宽35m，底板宽28.24m，挑臂长2.18m。考虑美观，应业主要求，对箱梁外观做圆角处理。外腹板斜置，外腹板与翼缘相接处采用半径R=220cm 圆弧过渡，外腹板与底板相接处采用半径R=60cm 圆弧过渡。箱梁顶面设2%双向横坡，底板水平。箱梁等高，桥中线位置梁高2.4m。箱梁顶板厚24cm；底板跨中位置厚22cm，靠近桥墩（台）直线加厚到50cm；腹板跨中位置厚50cm，靠近桥墩（台）直线加厚到75cm。

1.2 主梁预应力钢束及布置

纵向预应力钢束：纵向预应力钢束设置了顶板束、腹板束和底板束，规格都是M15-12。横向预应力钢束：横向预应力钢束都布置在横梁内，1 号桥台位置端横梁布置5 束M15-16 钢束和4 束M15-7；2、3、4 号桥墩位置中横梁布置10 束M15-12 钢束；5 号过渡墩位置端横梁布置4 束M15-12 钢束和4 束M15-7 钢束。横梁钢束采用两端张拉。

1.3 设计参数

预应力混凝土箱梁上部采用C50 混凝土；桥面铺装调平层采用C50 混凝土。桥面铺装为7cmC50 混凝土+10cm 沥青混凝土。主梁的恒载根据实际输入的截面面积，按容重26kN/m3由程序计算其自重。二期恒载：石栏杆（单侧）5kN/m,人行道结构（单侧）19kN/m，人行道下方钢管（单侧）3kN/m，桥面铺装：混凝土ρ=25kN/m3，沥青混凝土ρ=24kN/m3根据桥梁宽度计算，二期恒载总计182.4kN/m（全桥）。

预应力钢束采用直径为 15.24mm 的预应力钢绞线，极限抗拉强度：Rby=1860MPa；张拉控制应力：0.75Rby=1395MPa；弹性模量：E=1.95×105MPa；钢筋松弛系数0.3；一端锚具变形及钢束回缩值6mm。预应力管道采用塑料波纹管，μ=0.15，k=0.0015。.本桥车行道宽28m，双向8 车道，车道横向折减系数0.5，偏载系数1.15，最终车道系数取4.6。汽车冲击系数根据规范计算为0.32，墩顶负弯矩取用0.42。人群荷载根据《城市桥梁设计规范》（CJJ 11-2011）计算小于2.4kPa，取用2.4 kPa。日照温差遵照《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）取值，T1=14℃，T2=5.5℃。体系温差按照升降温25℃考虑。

基础不均匀沉降按照1cm 取值。

2 设计方法探讨

2.1 平面杆系法

对4 孔现浇箱梁建立平面杆系模型。输入荷载及设计参数，采用相关规范规定的荷载组合进行分析计算，纵向、横向计算如下：

2.1.1 纵向计算

长期效应组合和短期效应组合均未出现拉应力，短期效应组合主拉应力0.6Mpa＜0.5ftk=1.325Mpa，标准值组合最大压应力15.9 Mpa＜0.5fck=16.2Mpa，；标准值组合最大主压应力15.9 Mpa＜0.6fck=19.4Mpa；承载能力极限状态验算中，抗力效应都大于荷载效应，以上均符合相关规范要求。

挠度验算。C50 混凝土挠度长期增长系数1.425，汽车荷载最大挠度1.38mm，人群荷载不足1mm。1.38×1.425×0.7=1.38mm＜30000/600=50mm，主梁刚度符合要求；成桥竣工状态恒载+预应力边跨向上挠度6.8mm，中跨向上5.3mm；三年徐变，边跨上拱1.9mm，中跨上拱1.6mm。根据规范6.5.5 条，主梁不必设预拱度；因为上拱值不大，也不必设反拱度。

2.1.2 横向计算

1 号墩端横梁计算结果如下：

长期效应组合未出现拉应力，短期效应组合最大拉应力1.0Mpa＜0.7ftk=1.86Mpa，符合规范JTG D62-2004 6.3.1.条要求。

短期效应组合主拉应力1.0Mpa＜0.5ftk=1.325Mpa，；标准值组合最大压应力10.6Mpa＜0.5fck=16.2Mpa，；标准值组合最大主压应力10.6 Mpa＜0.6fck=19.4Mpa，；承载能力极限状态验算中，抗力效应都大于荷载效应，以上均符合相关规范要求。

2 号～5 号墩端横梁计算结果都满足规范要求，由于篇幅限制，此文不再列出。

2.2 梁格法

纵梁共7 道，对应7 道腹板，除墩顶横梁外，增加虚拟横梁模拟纵梁间横向连接。共划分447 个单元，其中1-231 为纵梁单元，其余为横梁单元。计算计入纵向预应力。

2.3 两种方法计算结果对比

①通过支反力比较，可以看出两种模型支反力结果比较接近，计算结果有可比性，具体数据统计如下：

1.2.3.4.5号墩平面杆系法的支反力分别为13700kN、30200kN、27600kN、30200kN、13200kN；梁格法的支反力分别为12720kN、30410kN、27380kN、30360kN、12220kN；二者比值分别为1.077、0.993、1.008、0.995、1.080。

②通过梁格法模型计算，从各腹板短期效应组合正应力结果看，都没有出现拉应力，表明结构抗裂性安全储备足够，也表明平面杆系计算结果是可信的，具体数据统计如下：

腹板1～外腹板、腹板2、腹板3、腹板4～中腹板、腹板5、腹板6、腹板7～内腹板短期效应组合正应力最小值分别为0.5 MPa、1.1 MPa、1.1 MPa、0.6 MPa、1.1MPa、1.1 MPa、0.4 MPa。