T 型剛構(gòu)的設(shè)計(jì)與研究

國(guó)祥明 李玉生

(1.北京建達(dá)道橋咨詢有限公司，北京 100015; 2.中交二公局第四工程有限公司，河南洛陽(yáng) 471013)

1 概述

龍王溝大橋位于準(zhǔn)格爾旗境內(nèi)，為連接小沙灣水廠和薛家灣的唯一通道，該橋的安全運(yùn)營(yíng)對(duì)保證水源路的暢通有著重要意義。龍王溝大橋要跨越80m的深溝，橋面布置:0.25m欄桿+1m人行道+凈8.5 m+1 m人行道+0.25 m欄桿=11 m。設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為:公路—Ⅰ級(jí)，人群荷載—3.5 kN/m2。橋型總體布置見(jiàn)圖1。

圖1 橋型總體布置圖

2 方案比選

本橋主要是跨越80 m深的峽谷，從施工可行性角度出發(fā)，采用懸澆施工的T型剛構(gòu)和頂推施工的連續(xù)鋼箱梁橋型方案較為合理。表1對(duì)兩個(gè)方案進(jìn)行對(duì)比。

表1 方案比較表

從表1可以看出，方案一(2×65 m跨T型剛構(gòu)方案)具有造價(jià)低，施工難度小，后期養(yǎng)護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn)，只是施工工期稍長(zhǎng)。因此，橋型方案推薦方案一(2×65 m跨T型剛構(gòu)方案)。

3 橋型布置

橋梁跨徑布置為2×65 m，上部結(jié)構(gòu)采用變截面預(yù)應(yīng)力混凝土T型剛構(gòu)，墩梁固結(jié)。橋墩采用雙肢實(shí)體矩形墩，樁基礎(chǔ);小樁號(hào)側(cè)橋臺(tái)采用柱式臺(tái)、樁基礎(chǔ)，大樁號(hào)側(cè)橋臺(tái)采用重力式臺(tái)、擴(kuò)大基礎(chǔ);橋面兩側(cè)設(shè)置人行道板，排水采用集中排水。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

上部結(jié)構(gòu):跨中梁高宜采用1/40～1/50的主跨跨徑，根部梁高宜采用1/16～1/18的主跨跨徑，當(dāng)主跨跨徑大于100 m小于200 m時(shí)，梁高按照1.8次拋物線變化。2×65 m T型剛構(gòu)相當(dāng)于主跨為130 m剛構(gòu)，因此跨中梁高取2.7 m，根部梁高取7.2 m，梁高按照1.8次拋物線變化。橋?qū)挒?1 m，懸臂2.5 m，箱梁底寬6 m。箱梁的底寬與梁高之比小于4，采用單箱單室斷面。箱梁頂板橫坡與橋面橫坡一致，箱梁腹板鉛垂，箱梁底板水平布置。箱梁頂板厚度為30 cm，底板厚度由30 cm按照1.8次拋物線變化至55 cm。腹板厚度由45 cm變化至65 cm。主梁0號(hào)塊橫隔板宜設(shè)計(jì)成柔性橫隔板，每道橫隔板厚度宜取50 cm。

下部結(jié)構(gòu):本橋由于地形原因，墩高僅3 m，剛度很大。因此，橋墩采用雙肢實(shí)體矩形墩，樁基礎(chǔ)。順橋向墩厚2 m，薄壁墩凈距取2 m，其結(jié)構(gòu)尺寸能夠滿足施工中不平衡彎矩要求。橫橋向墩寬6 m，3.5 m厚承臺(tái)接6根2 m樁基。

5 計(jì)算參數(shù)

相對(duì)濕度為0.78;孔道摩阻系數(shù)為0.17;孔道偏差系數(shù)為0.001 5;橫向折減系數(shù)為1.0;汽車荷載偏載增大系數(shù)為1.15;活載的橫向分布系數(shù)為2.3;平均溫度取體系升溫+24℃，體系降溫－38℃。

6 模型計(jì)算

基于平面桿系理論，采用橋梁博士3.0進(jìn)行計(jì)算分析，全橋共64個(gè)單元，69個(gè)節(jié)點(diǎn)，箱梁同墩柱采用剛性連接。采用MIDAS6.7.1對(duì)模型進(jìn)行空間分析，驗(yàn)證平面桿系計(jì)算結(jié)果，滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求。計(jì)算模型見(jiàn)圖2。

圖2 計(jì)算模型

上部結(jié)構(gòu):在正常使用狀態(tài)(恒載+預(yù)應(yīng)力+汽車荷載+人群荷載+基礎(chǔ)沉降－收縮、徐變+降溫)最不利組合下，其結(jié)構(gòu)承載能力、主應(yīng)力、法向應(yīng)力均滿足JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定。上部結(jié)構(gòu)計(jì)算見(jiàn)表2。

表2 上部結(jié)構(gòu)計(jì)算表

下部結(jié)構(gòu):基于“m”法，根據(jù)JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范第8.2.1條，考慮了樁土相互作用，群樁基礎(chǔ)的等效剛度，對(duì)樁基尺寸進(jìn)行剛度等效模擬，樁基具體尺寸詳見(jiàn)表3。

表3 下部群樁基礎(chǔ)剛度等效模擬結(jié)果

7 結(jié)語(yǔ)

本橋要跨越80 m深的峽谷，充分考慮了施工的可行性，采用對(duì)稱懸澆施工。其結(jié)構(gòu)滿足安全、經(jīng)濟(jì)、適用等要求，設(shè)計(jì)要點(diǎn)總結(jié)如下:1)根據(jù)設(shè)計(jì)要求及當(dāng)?shù)氐匦巍⒌刭|(zhì)情況，進(jìn)行方案比選，確定最合理的橋型方案。2)上部結(jié)構(gòu)尺寸先根據(jù)常規(guī)取值范圍擬定結(jié)構(gòu)尺寸，再根據(jù)受力特點(diǎn)簡(jiǎn)化受力模型進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)試算進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸。3)下部結(jié)構(gòu)由于墩矮剛度較大，為了減小橋墩的剛度，橋墩采用雙肢薄壁墩。樁基模擬應(yīng)考慮樁土相互作用，對(duì)群樁基礎(chǔ)進(jìn)行剛度等效模擬。

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