大跨度混凝土连续刚构结构分析

2020-10-15袁安华

四川建材 2020年9期

袁安华

(福州市规划设计研究院，福建福州 350108)

1 工程概述

海口特大桥位于福建省普通国省干线“纵一线”，跨越龙江(河宽约240 m)，与河道正交，桥梁全长1 330 m，主桥上部结构为(70+130+70)m变截面预应力混凝土连续箱梁。该桥按左右分幅设计，单幅桥宽18 m，主墩高19.22 m。

桥梁地处港口海岸,冲海积平原地貌，水位受潮水涨落潮影响。桥址处地质为淤泥、粉砂、粉质黏土、圆砾及第四系残积砂质黏性土；下伏地层为燕山早期侵入花岗岩及风化层。根据地质勘察报告显示，桥址地质相对稳定，场地抗震设防烈度为7度，峰值加速度为0.15 g，属中软土场地，场地类别为Ⅲ类，反应谱特征周期值为0.65 s。主桥桥型立面见图1。

图1 海口特大桥主桥立面简图

2 技术标准

①桥梁设计时速：60 km/h；②设计车辆荷载：公路-I级；③桥梁宽度：6 m人非混合道(含栏杆)+11.5机动车道+0.5 m护栏；④桥面铺装：采用10 cm厚沥青混凝土铺装+防水层+8 cm厚C50混凝土整体化层；⑤设计水位：100年一遇洪水位;⑥海口特大桥通航标准：龙江海口段为Ⅳ级航道，桥下通行净宽为106 m(双向)，净高13.75 m；⑦设计安全等级：一级；⑧桥梁设计基准期：100年；⑨地震设防：抗震设防烈度7度，抗震设防类别B类，抗震设防措施按8度。

3 主桥结构设计

3.1 上部结构

主桥上部结构主梁分两幅布置，每幅采用单箱双室直腹板断面，箱梁顶板宽18 m，底板宽11.5 m，根部梁高7.8 m，跨中梁高2.7 m，箱梁高度以及箱梁底板厚度按二次抛物线变化。

主梁采用三向预应力体系，箱梁桥纵向钢束为φs15.2-23、φs15.2-22、φs15.2-19、φs15.2-15、φs15.2-12型，桥梁竖向预应力采用Φ32 mm精轧螺纹钢筋，横向预应力钢束采用φs15.2-3型。

3.2 下部结构

箱梁桥下部结构主桥墩采用钢筋混凝土双薄壁墩，壁厚1.6 m，薄壁净距4.1 m；基桩为6φ2.5 m的钻孔灌注桩。过渡墩采用钢筋混凝土矩形墩，墩身横桥向宽12 m，顺桥向长2.5 m；基础为6根直径2 m的钻孔灌注桩。

4 桥梁结构计算

4.1 桥梁静力计算

本桥设计通过MIDAS Civil建立三维有限元计算模型，采用空间梁杆单元模拟桥梁各构件，计算过程中将上部结构、桥墩和基础一起纳入计算模型。考虑的荷载有恒载、汽车活载、汽车制动力、收缩、徐变、基础不均匀沉降、温度作用、风荷载等。按相关规范要求对正截面及斜截面进行应力分析和强度验算。结算结果见图2～4和表1。

图2 海口特大桥有限元计算模型

图3 正截面抗弯承载能力验算结果

图4 斜截面抗剪承载能力验算结果

表1 静力工况下主梁应力单位：MPa

从图2～4和表1可以看出使用阶段正截面、斜截面承载能力极限状态强度满足规范要求。正常使用阶段时混凝土正截面抗裂、斜截面抗裂、使用阶段混凝土正截面、斜截面压应力均满足规范要求。

4.2 抗震计算

本桥抗震验算时采用多振型反应谱法，判断分析在地震作用下各控制截面是否进入弹塑性。本桥主桥结构的抗震验算参考《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01—2008)的抗震验算方法。钢筋混凝土结构采用Mander模型，根据截面的配筋，考虑在恒载和地震作用下的最不利轴力，对主墩的控制截面进行了轴力-弯矩-曲率(P-M-Φ)分析，得出各控制截面的屈服能力，对比判断抗震是否满足。在E1地震作用下,结构受力较小满足使用要求 ,不控制设计。桥墩受力情况见表2。