高速公路高架橋設計論文

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摘要介紹京福高速公路大蒲高架橋主橋三跨等截面連續箱梁的設計特點。

關鍵詞等截面連續箱梁結構設計單支承

1概述

大蒲高架橋位于閩侯境內，是北京至福州國道主干線福州境內的一座大橋，橋梁全長2015.1m，主橋斜跨國道316（交角為34.4°）。本橋東岸受軟土路基控制，西岸接南嶼互通立交主線橋。大蒲高架橋布孔方案左幅為：（1孔20m預應力砼簡支T梁）+（23+35+23m預應力砼等截面連續箱梁）+（1×20m預應力砼簡支T梁）+（3聯5×30m預應力砼連續T梁）+（8聯6×30m預應力砼連續T梁）。右幅為：（2×20m預應力砼簡支T梁）+（23+35+23m預應力砼等截面連續箱梁）+（3聯5×30m預應力砼連續T梁）+（8聯6×30m預應力砼連續T梁）。橋位平面圖及主橋立面布置分別見圖1和圖2。

本橋的突出特點：主橋上部為等截面連續箱梁，下部為獨柱墩，這是我省高速公路上首座此類型的橋梁。圖1橋位平面圖見附件

2設計技術標準

（1）計算行車速度：80km/h；

（2）設計荷載：汽超20-級，掛-120；

（3）橋面凈寬：凈11+2×0.5m；

（4）設計水位：8.3m（百年一遇）；

（5）地震基本烈度：7度，按8度設防；

（6）氣候：年平均氣溫19.6°C,年平均降水1343.8mm，年平均風速2.8m/s，年平均相對濕度77%。

圖2主橋立面圖見附件

3主橋上部構造

本橋主橋為(23+35+25)m三跨等截面連續箱梁，箱梁高2m，斷面為單箱雙室，兩翼懸臂長2.5m,底寬7m。在邊跨跨中和中跨跨中均設置一道實體厚30cm的中隔板，在各跨支承處均設置一道實體厚100cm或120cm的端隔板。主橋中支承為單點單支承，邊支承為雙點支承。箱梁縱向布置預應力鋼絞線。

根據箱梁結構受力特點及布置預應力鋼絞線的要求，擬定結構尺寸如下：

⑴頂板：在端隔板至跨中方向4m范圍內頂板厚度由45cm過渡到20cm；中隔板兩側20cm范圍內頂板厚度由30cm過渡到20cm。

⑵底板：在端隔板至跨中方向4m范圍內底板厚度由40cm過渡到20cm；中隔板兩側20cm范圍內底板厚度由30cm過渡到20cm。

⑶肋板：肋板承受截面剪應力及主拉應力，并承受局部荷載產生的橫向彎矩，其厚度還必須滿足布置預應力鋼筋及澆筑混凝土的要求。因本橋箱梁斷面為單箱雙室，所以有3個肋板，在端隔板至跨中方向4m范圍內邊肋板厚度由70cm過渡到35cm，中肋板厚度由90cm過渡到35cm；中隔板兩側20cm范圍的內邊肋板厚度由55cm過渡到35cm，中肋板厚度由75cm過渡到35cm。

⑷梗腋：頂板與肋板交接處設80×25cm的上梗腋，以減少崎變應力，減少橋面板跨中彎矩，避免應力集中。底板與肋板交接處設25×25cm的下梗腋。

4主橋下部構造

由于本橋是斜跨316國道的高架橋，因此主墩采用圓形獨柱墩，具有整體外形簡潔美觀，橋下通視好的優點。為布置支座需要，主墩頂1.4m范圍內直徑由1.9m過渡到1.6m，并采用40#混凝土，其余部分為30#混凝土，主墩支座采用KPZ抗震盆式橡膠支座，主墩構造見圖3。連接墩為圓形雙柱輕型墩，墩徑為1.5m，連接墩構造見圖3?；A均為鉆孔灌注樁。

圖3橋墩構造圖見附件

5上部結構計算

采用同濟大學"橋梁博士2.8版直線梁橋平面桿系有限元程序"進行主橋上部結構內力分析及配索，截面尺寸詳見圖4典型斷面圖。整個上部結構共劃分為185個節點，328個單元，其中縱梁根數有5根，總計180個單元?？v梁單元編號如下：

①號縱梁單元編號1～36

②號縱梁單元編號37～72

③號縱梁單元編號37～108

④號縱梁單元編號109-144

⑤號縱梁單元編號145～180

計算工況考慮

本橋等截面連續箱梁結構采用搭梁式支架一次現澆。因此計算劃分為2個施工階段和1個運營階段。

（1）施工階段。

①搭架現澆3跨連續箱梁，經過正?；炷琉B護齡期后張拉預應力鋼索。

②卸支架，施工二期恒載。

（2）運營階段。

按距施工完畢500d和1000d分別計算計入活載的組合效應。

5.2預應力體系

主橋采用OVM-12張拉錨固體系，鋼絞線采用ASTMA416-90a標準，高強度低松弛270k級φj15.24鋼絞線，其標準強度為1860MPa,,公稱直徑15.25mm,公稱面積140mm2。預應力波紋管采用鍍鋅雙波金屬波紋管。

有關預應力計算參數：預應力鋼索錨下張拉控制應力為1395MPa（未考慮錨具錨口摩阻損失）,張拉控制力2343.6kN,采用一次張拉，松弛系數為0.07,預應力管道摩擦系數μ=0.25,管道偏差系數K=0.0015,錨具變形和鋼束回縮量為6mm,

5.3溫度場

超靜定結構中，溫度應力可以達到甚至超過活載應力，已被認為是預應力混凝土橋梁產生裂縫的主要原因。溫度應力達到一定數值，有可能增加箱梁腹板的主拉應力，惡化斜截面的抗裂性。所以選用符合實際情況的溫度梯度曲線十分重要。根據橋址區的氣象條件并參考有關文獻及相似工程，本橋采用的溫度場為：

⑴均勻溫差：升溫取25℃，降溫取-20℃。

⑵不均勻溫差：升溫模式取新西蘭升溫溫差模式，降溫模式取英國降溫溫差模式（BS5400），如圖5所示。圖中H為梁高。圖5不均勻溫差模式見附件

5.4沉降計算

(1)邊墩沉降取1cm。

(2)中墩沉降取1cm。

兩種工況取不利值。

5.5計算組合

組合一：結構重力+預應力+汽車+支沉①（或支沉②）；

組合二：結構重力+預應力+汽車+支沉

①（或支沉②）+升溫模式（或降溫模式）；

組合三：結構重力+預應力+掛車。

5.6計算結果

根據以上所述的計算方法及考慮計算參數、工況等，進行預應力配索設計計算(23m+35m+23m)等截面連續箱梁上部結構在主要組合（組合一）為全預應力構件，在附加組合（組合二）為部分預應力A類構件。運營階段結構應力見表1。箱梁需設置8mm預拱度。

表1運營階段結構應力見附件

6橫向計算

由于箱梁的肋距較大，箱壁相對較薄，所以箱梁的橫向內力計算是十分重要的。本橋的橫向計算仍采用采用"橋梁博士2.8版直線梁橋平面桿系有限元程序"。計算方法為框架分析法，其原理是：在箱梁的長度方向上截取單位長度的薄片框架，利用結構力學方法進行分析，但必須滿足框架的變形與整個梁體協調一致的原則。

本橋為等截面箱梁，計算步驟為：取1m長的跨中箱梁梁段（見圖4中"跨中典型斷面"），視為平面框架，先對此框架加支承，進行框架分析，然后釋放支承，進行結構分析，最后將兩者內力疊加，即為箱梁的橫向內力。根據此內力進行橫向配筋。

7下部結構計算

下部結構計算除考慮常規影響因素外，還考慮了在地震基本烈度為Ⅶ度情況下土層震陷影響。墩柱和樁基礎按極限狀態法及裂縫控制進行配筋和驗算。

8結語

(1)箱形截面具有強大抗扭性能，所以在中支承為單點支承及偏心荷載作用下，結構在施工與使用過程具有良好的穩定性。

(2)箱梁頂底板都具有較大的混凝土面積，能有效地抵抗正負彎矩,適應連續梁等具有正負彎矩的結構。

(3)城市高架橋中,上部采用箱形截面,下部采用獨柱墩,具有橋梁外形簡潔美觀,橋下通視好的優點，應用廣泛。

參考文獻

1郭金瓊.箱形梁設計理論.人民交通出版社,1991

2范立礎.橋梁工程.人民交通出版社,1996

3中華人民共和國交通部部頒標準.公路橋涵設計規范.人民交通出版社,1991