高速公路高架橋設(shè)計(jì)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(xù)箱梁的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞等截面連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單支承

1概述

大蒲高架橋位于閩侯境內(nèi)，是北京至福州國道主干線福州境內(nèi)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(yù)應(yīng)力砼簡支T梁）+（23+35+23m預(yù)應(yīng)力砼等截面連續(xù)箱梁）+（1×20m預(yù)應(yīng)力砼簡支T梁）+（3聯(lián)5×30m預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)T梁）+（8聯(lián)6×30m預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)T梁）。右幅為：（2×20m預(yù)應(yīng)力砼簡支T梁）+（23+35+23m預(yù)應(yīng)力砼等截面連續(xù)箱梁）+（3聯(lián)5×30m預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)T梁）+（8聯(lián)6×30m預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)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(diǎn)：主橋上部為等截面連續(xù)箱梁，下部為獨(dú)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(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）計(jì)算行車速度：80km/h；

（2）設(shè)計(jì)荷載：汽超20-級，掛-120；

（3）橋面凈寬：凈11+2×0.5m；

（4）設(shè)計(jì)水位：8.3m（百年一遇）；

（5）地震基本烈度：7度，按8度設(shè)防；

（6）氣候：年平均氣溫19.6°C,年平均降水1343.8mm，年平均風(fēng)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(gòu)造

本橋主橋?yàn)?23+35+25)m三跨等截面連續(xù)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(shè)置一道實(shí)體厚30cm的中隔板，在各跨支承處均設(shè)置一道實(shí)體厚100cm或120cm的端隔板。主橋中支承為單點(diǎn)單支承，邊支承為雙點(diǎn)支承。箱梁縱向布置預(yù)應(yīng)力鋼絞線。

根據(jù)箱梁結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)及布置預(yù)應(yīng)力鋼絞線的要求，擬定結(jié)構(gòu)尺寸如下：

⑴頂板：在端隔板至跨中方向4m范圍內(nèi)頂板厚度由45cm過渡到20cm；中隔板兩側(cè)20cm范圍內(nèi)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(nèi)底板厚度由40cm過渡到20cm；中隔板兩側(cè)20cm范圍內(nèi)底板厚度由30cm過渡到20cm。

⑶肋板：肋板承受截面剪應(yīng)力及主拉應(yīng)力，并承受局部荷載產(chǎn)生的橫向彎矩，其厚度還必須滿足布置預(yù)應(yīng)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(gè)肋板，在端隔板至跨中方向4m范圍內(nèi)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(cè)20cm范圍的內(nèi)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(shè)80×25cm的上梗腋，以減少崎變應(yīng)力，減少橋面板跨中彎矩，避免應(yīng)力集中。底板與肋板交接處設(shè)25×25cm的下梗腋。

4主橋下部構(gòu)造

由于本橋是斜跨316國道的高架橋，因此主墩采用圓形獨(dú)柱墩，具有整體外形簡潔美觀，橋下通視好的優(yōu)點(diǎn)。為布置支座需要，主墩頂1.4m范圍內(nèi)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(gòu)造見圖3。連接墩為圓形雙柱輕型墩，墩徑為1.5m，連接墩構(gòu)造見圖3?；A(chǔ)均為鉆孔灌注樁。

圖3橋墩構(gòu)造圖見附件

5上部結(jié)構(gòu)計(jì)算

采用同濟(jì)大學(xué)"橋梁博士2.8版直線梁橋平面桿系有限元程序"進(jìn)行主橋上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析及配索，截面尺寸詳見圖4典型斷面圖。整個(gè)上部結(jié)構(gòu)共劃分為185個(gè)節(jié)點(diǎn)，328個(gè)單元，其中縱梁根數(shù)有5根，總計(jì)180個(gè)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(jì)算工況考慮

本橋等截面連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)采用搭梁式支架一次現(xiàn)澆。因此計(jì)算劃分為2個(gè)施工階段和1個(gè)運(yùn)營階段。

（1）施工階段。

①搭架現(xiàn)澆3跨連續(xù)箱梁，經(jīng)過正?；炷琉B(yǎng)護(hù)齡期后張拉預(yù)應(yīng)力鋼索。

②卸支架，施工二期恒載。

（2）運(yùn)營階段。

按距施工完畢500d和1000d分別計(jì)算計(jì)入活載的組合效應(yīng)。

5.2預(yù)應(yīng)力體系

主橋采用OVM-12張拉錨固體系，鋼絞線采用ASTMA416-90a標(biāo)準(zhǔn)，高強(qiáng)度低松弛270k級φj15.24鋼絞線，其標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1860MPa,,公稱直徑15.25mm,公稱面積140mm2。預(yù)應(yīng)力波紋管采用鍍鋅雙波金屬波紋管。

有關(guān)預(yù)應(yīng)力計(jì)算參數(shù)：預(yù)應(yīng)力鋼索錨下張拉控制應(yīng)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(shù)為0.07,預(yù)應(yīng)力管道摩擦系數(shù)μ=0.25,管道偏差系數(shù)K=0.0015,錨具變形和鋼束回縮量為6mm,

5.3溫度場

超靜定結(jié)構(gòu)中，溫度應(yīng)力可以達(dá)到甚至超過活載應(yīng)力，已被認(rèn)為是預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁產(chǎn)生裂縫的主要原因。溫度應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值，有可能增加箱梁腹板的主拉應(yīng)力，惡化斜截面的抗裂性。所以選用符合實(shí)際情況的溫度梯度曲線十分重要。根據(jù)橋址區(qū)的氣象條件并參考有關(guān)文獻(xiàn)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(jì)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(jì)算組合

組合一：結(jié)構(gòu)重力+預(yù)應(yīng)力+汽車+支沉①（或支沉②）；

組合二：結(jié)構(gòu)重力+預(yù)應(yīng)力+汽車+支沉

①（或支沉②）+升溫模式（或降溫模式）；

組合三：結(jié)構(gòu)重力+預(yù)應(yīng)力+掛車。

5.6計(jì)算結(jié)果

根據(jù)以上所述的計(jì)算方法及考慮計(jì)算參數(shù)、工況等，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力配索設(shè)計(jì)計(jì)算(23m+35m+23m)等截面連續(xù)箱梁上部結(jié)構(gòu)在主要組合（組合一）為全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，在附加組合（組合二）為部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件。運(yùn)營階段結(jié)構(gòu)應(yīng)力見表1。箱梁需設(shè)置8mm預(yù)拱度。

表1運(yùn)營階段結(jié)構(gòu)應(yīng)力見附件

6橫向計(jì)算

由于箱梁的肋距較大，箱壁相對較薄，所以箱梁的橫向內(nèi)力計(jì)算是十分重要的。本橋的橫向計(jì)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(jì)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(jié)構(gòu)力學(xué)方法進(jìn)行分析，但必須滿足框架的變形與整個(gè)梁體協(xié)調(diào)一致的原則。

本橋?yàn)榈冉孛嫦淞海?jì)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(jìn)行框架分析，然后釋放支承，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，最后將兩者內(nèi)力疊加，即為箱梁的橫向內(nèi)力。根據(jù)此內(nèi)力進(jìn)行橫向配筋。

7下部結(jié)構(gòu)計(jì)算

下部結(jié)構(gòu)計(jì)算除考慮常規(guī)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(chǔ)按極限狀態(tài)法及裂縫控制進(jìn)行配筋和驗(yàn)算。

8結(jié)語

(1)箱形截面具有強(qiáng)大抗扭性能，所以在中支承為單點(diǎn)支承及偏心荷載作用下，結(jié)構(gòu)在施工與使用過程具有良好的穩(wěn)定性。

(2)箱梁頂?shù)装宥季哂休^大的混凝土面積，能有效地抵抗正負(fù)彎矩,適應(yīng)連續(xù)梁等具有正負(fù)彎矩的結(jié)構(gòu)。

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

參考文獻(xiàn)

1郭金瓊.箱形梁設(shè)計(jì)理論.人民交通出版社,1991

2范立礎(chǔ).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(biāo)準(zhǔn).公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范.人民交通出版社,1991