一座大跨曲线预应力砼连续刚构桥梁的设计

来源：职称驿站所属分类：交通运输论文
发布时间：2013-01-29浏览：58次

　　摘要：跨铁路段桥梁为长春市西部主干道的控制性工程，主桥为70+100+70m预应力混凝土连续刚构，左右幅合修，桥幅总宽24m，且大部分位于R=210m的平曲线上，为较为典型的“大跨曲线刚构宽桥”。本文详细介绍了该桥的结构设计特点，为此类桥梁的设计提供参考。

　　关键词：连续刚构,曲线桥,设计

　　1.工程概况

　　长春市西部主干道工程，设计起点为台北大街和凯旋路交叉口，终点与现状西解放立交桥相接，线路长约5.6公里。其中跨铁路主线桥从铁北二路北侧约330米处起桥，沿凯旋路向南偏向西，连续跨过铁北二路、在建哈大客运专线、现状西道口、轻轨、规划浙江路后桥梁落地。

　　受到现状辽宁路和凯旋路线路位置的影响，凯旋路上跨铁路部分的高架段为曲线桥，以半径R=400米和R=210米的S型曲线跨过铁路。局限于各股铁路线平面位置的控制，只能在仅有的线路空隙中布置桥墩。跨铁路段桥梁的孔跨布置为45+(70+100+70)+45m，其中：第1孔45m和最后1孔45m为预应力砼简支箱梁，分别跨越在建的哈大客运专线和长春轻轨线路，梁部采用支架现浇施工;(70+100+70)m联为悬臂施工的预应力砼连续刚构，跨越长春北站内包括各组牵出线、京哈下行线、客车整备线、机务段专线、京哈上行线等多股铁路线路，梁部采用挂篮悬臂分节段浇筑施工。

　　主桥立面如图1所示。

　　2.主要技术标准

　　1)道路等级：城市主干道

　　2)设计荷载：公路-I级

　　3)桥梁标准宽度：左右幅合修，桥面外侧采用双防撞墙，桥梁总宽24.4m，桥幅组成如图2所示(单位cm)。

　　4)设计基准期：100年

　　5)桥梁设计安全等级：一级

　　6)桥梁环境类别为II类，冻融环境，作用等级为D级。

　　7)地震动峰值加速度：0.10g，对应地震基本烈度7度，按8度设防。

　　3.主桥上部构造特点

　　主桥连续刚构箱梁采用左右幅合修的单箱双室直腹板断面，梁体圬工采用C55砼。箱梁顶宽24.4m，底宽15.4m，悬臂4.5m。箱梁根部梁高为6.5m，跨中及边跨现浇段梁高为2.8m，梁高变化段按1.8次抛物线变化。0号块箱内底板厚120cm，各悬浇梁段底板厚度从根部到跨中截面由90～30cm按1.8次抛物线变化。

　　主桥梁部的悬浇部分基本上位于R=210m的平曲线上，为较为典型的大跨径曲线宽桥。箱梁悬臂施工及后期运营过程中，箱梁梁体受扭问题较为突出。为和梁体受扭的受力特征相适应，刚构箱梁顶板存在多次变厚。箱梁在0号块箱内顶板厚度为100cm，0号块端部顶板厚70cm。在1～6号梁段范围，分两次过渡变化顶板厚度，即70cm→50cm→30cm，6号以后悬浇梁段顶板厚度均为30cm。同时结合箱梁的受力特点，腹板亦为变厚，但腹板变厚滞后顶板变厚3个悬浇节段。0～3号梁段腹板厚120cm，在4～9号梁段范围，分两次过渡变化腹板厚度，即120cm→100cm→80cm，9号以后悬浇梁段腹板厚度均为80cm。腹板(或顶板)厚度变化均在一个悬浇节段内完成。

　　箱梁采用三向预应力体系，纵向预应力按全预应力构件设计。顶板束、底板束、腹板束均为大规格预应力(主要规格为17-Φs15.2钢绞线)。腹板束为下弯束，设置范围超过3/8L，锚固点控制在底板上缘以上50cm左右，使之能协同竖向预应力有效控制腹板主拉应力，降低裂缝发生的可能性。顶板束和底板束都采用二次平弯，顶板束锚固于顶板的承托内，底板束均靠着腹板通过齿块锚固，使力的传递更加有效。腹板竖向预应力钢束均为单个腹板横向设置2束，规格为2-Φs15.2钢绞线，纵桥向基准间距为50cm，配套采用低回缩型圆形群锚单向张拉，张拉端设在桥面端。腹板束和竖向预应力钢束均按照腹板中心线对称或沿中心线布置，使二者在腹板中产生的作用比较均匀，避免出现由受力不均匀产生结构薄弱区域。桥面板横向预应力钢束采用2-Φs15.2钢绞线，纵桥向基准间距为50cm，配套采用扁锚交错张拉。主墩处0号块除了设置横隔板预应力束之外，同时设置了伸入到墩柱直至承台内的竖向预应力束，用以保证墩柱的抗裂性。

　　4.主桥下部构造特点

　　主桥刚构箱梁悬臂浇筑施工过程中，梁体的扭转效应明显，下部结构受力亦较为复杂。为确保施工过程中的稳定性，下部结构主墩采用独柱箱型空心墩(与梁部的3腹板断面相适应为单箱双室墩柱断面)、钻孔灌注群桩基础。为尽量减少对铁路路基带来不利影响，本刚构箱梁主墩承台采用八边形平面，基坑开挖采用型钢板桩进行支护处理。箱型墩柱断面纵向宽400cm，壁厚80cm;横向与梁底等宽为1540cm，壁厚120cm。单个主墩承台平面呈八边形，横向总宽15.90m，纵向总长16.90m，厚4m，下面接14根Φ2.0m桩基。桥址处粉质粘土及粗砾砂覆盖层厚约20m，全、强风化粉砂质泥岩厚约12m。主桥桩基均按嵌岩桩基设计，粉砂质泥岩中风化带作为持力层，岩性相对偏软，主墩桩基进入该层35m(总桩长达65m)。

　　5. 主桥结构计算分析要点

　　本桥为“大跨径曲线宽桥”，结构计算分析相对于较为复杂，整体结构静力分析、动力及抗震计算均采用Midas/Civil7.4.1版程序，按空间杆系有限元模型进行计算分析。设计计算时，针对其“曲线宽桥”特点，分别按曲线内、外侧腹板对应的实际跨径变化建立不同跨径组合的整体计算模型，按包络原则进行预应力配束设计。

　　本桥刚构箱梁0号块及其附近梁段在悬臂施工阶段、成桥运营阶段处于较为复杂的“弯、剪、扭”受力状态。特别是0号块，其结构构造处理及应力状态均较为复杂和特殊，其应力分布采用常规的杆系设计计算分析方法难以给出精确的分析结果。为确保结构安全，设计采用Midas/FEA3.0程序对箱梁0号块及其附近梁段进行了空间实体有限元分析，用以校核构造处理及配筋设计的合理性。

　　实体建模分析时，为便于对边界条件和加载外荷载的模型处理，计算模型考虑对0～3号梁段和及其相接墩柱、承台等共同建模，其余梁段传力(包括剪力、弯矩、扭矩)加载图式如图3所示。

　　作为预应力砼结构，整个计算模型中的纵向预应力、桥面板横向预应力、竖向预应力、横隔板预应力等按实际的布置采用钢筋线单元强化模型模拟(在0～3号梁段范围以外锚固的顶板束、腹板束通过4号截面处施加外荷载来处理)。采用Midas/FEA3.0版建立的实体有限元模型共计158692个四面体单元，38873个节点，模型范围内的530根预应力钢束采用等效钢筋线单元强化模型模拟，共计14991个线单元，对应节点15475个。最终建立的几何模型及有限元模型如图4所示。

　　计算结果表明，本桥0号块及附近梁段结构受力能够满足规范规定的相关应力指标，结构抗裂性能满足要求。成桥阶段主拉应力、主压应力的应力云图分别如图5、图6所示(较大的拉、压应力区域出现在墩柱和0号块箱体固结处等局部应力奇异区域，实际应力没有那么大，且这类区域均配置有较强的普通钢筋，抗压储备足够)。

　　5 结语

　　针对本桥“大跨径、曲线、宽桥”的特点，设计人员在构造和计算控制等方面做了不同于常规连续刚构桥梁的特殊计算分析和构造处理，提出了此类桥梁设计的一些新思路，可为同类工程提供参考。特别是这类连续刚构的0号块部位，“弯、剪、扭”受力复杂，即便是采用空间杆系整体计算模型亦难以反映其真实受力状态，应根据局部应力分析的计算结果，重点做好其构造处理及配筋设计。

　　本桥下部基础已经开始施工，预计2013年年底通车。

　　参考文献:

　　[1] JTG D60-2004，公路桥涵通用设计规范[S].

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

《一座大跨曲线预应力砼连续刚构桥梁的设计》

本文由职称驿站首发，您身边的高端学术顾问

文章名称：一座大跨曲线预应力砼连续刚构桥梁的设计

文章地址： https://m.zhichengyz.com/p-21906

免费咨询获取帮助

上一篇：探析道路桥梁工程伸缩缝施工质量技术的控制

下一篇：高等级公路路基加宽病害特征及施工注意要点