向陽河特大連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計與研究

董 紅,朱高波，王亞超，陳雷雷

（江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司，江蘇 南京210014）

向陽河特大連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計與研究

董 紅,朱高波，王亞超，陳雷雷

（江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司，江蘇 南京210014）

簡要介紹了向陽河特大橋連續(xù)梁的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計，橋梁跨徑布置為14×30 m+(48 m+80 m+48 m)+21×30 m，主橋采用變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，實體墩，樁基礎(chǔ)；引橋采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，拱形墩，肋板臺，樁基礎(chǔ)。設(shè)計采用了新穎美觀的拱形墩結(jié)構(gòu)，采用了智能張拉和真空壓漿等新技術(shù)新工藝，對同類型橋梁的設(shè)計有一定的參考價值。

連續(xù)梁；拱形墩；結(jié)構(gòu)分析

1　工程背景

向陽河特大橋是揚州市611省道的重要節(jié)點工程。611省道是一條重要的生態(tài)廊道，具有邵伯湖西線旅游開發(fā)的功能。向陽河河口水面寬闊，景色優(yōu)美，因此本橋除應(yīng)滿足跨越水域、通航、行洪等基本功能要求外，還應(yīng)結(jié)合地方人文特點，對橋梁的景觀性以及環(huán)境融合性做適當(dāng)考慮。

橋位處水面寬約1 200 m，兩岸有大堤，堤頂高程在▽11.4 m左右，大堤已按三級堤防加固，堤防邊坡為1∶3，堤外為農(nóng)田和村莊。

2　總體設(shè)計

橋址區(qū)屬古瀉湖堆積平原區(qū)，地勢平坦，地面高程一般在5.30～6.50 m之間，既有道路及河堤處受人工改造，高程最高達11.50 m，兩側(cè)橋臺處均為邵伯湖湖堤。依據(jù)本項目勘察成果及區(qū)域地質(zhì)資料，場地區(qū)揭示地層主要為全新統(tǒng)黏性土、粉土層及上更新統(tǒng)黏性土、粉土、粉砂層，橋址區(qū)地層結(jié)構(gòu)及層位較穩(wěn)定。

本橋跨徑布置為14×30 m+(48 m+80 m+48 m)+ 21×30 m。橋梁總長1 233.48 m，橋梁全寬26m，見圖1。

主橋采用48 m+80 m+48 m三跨變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁；實體墩，拱形過渡墩，樁基礎(chǔ)。

引橋采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁；拱形墩，肋板臺，樁基礎(chǔ)；兩側(cè)橋臺樁基位于大堤迎水面坡腳下，臺后路基段與大堤平交。橋面徑流水采用全部收集，橋面徑流沿橋梁平坡點向兩側(cè)河堤范圍內(nèi)收集，經(jīng)沉淀隔油池處理后排至地方溝渠。

圖1　大橋效果圖

3　結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1主橋

主橋上部為48 m＋80 m＋48 m三跨變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，橫斷面為單箱單室結(jié)構(gòu)，箱梁高度按二次拋物線，從距跨中1 m處的2.3 m變化至距主墩中心1.5 m處4.8 m。

下部主墩為采用鋼筋混凝土矩形實體式橋墩，墩身厚3.0 m，寬6.75 m，承臺厚2.5 m，樁基為6-1.5 m的鉆孔灌注樁；過渡墩為整體式結(jié)構(gòu)，采用預(yù)應(yīng)力混凝土拱形墩，承臺為工字形承臺，基礎(chǔ)采用4-1.5 m的鉆孔灌注樁。

3.1.1主梁構(gòu)造

主橋連續(xù)箱梁截面頂板寬12.75 m，標準厚度為0.28 m；翼緣懸臂長3 m，厚度從端部18 cm線形漸變?yōu)楦拱甯?0 cm；底板寬6.75 m，厚度按二次拋物線，由跨中的0.28 m變化至距0號塊中心線3.75 m處的0.7 m；腹板厚度0.50～0.75 m，第8號梁段為腹板厚度漸變段。為改善箱梁根部截面受力[1]，在0號塊兩端附近的截面頂、底板局部加厚。

主橋連續(xù)箱梁采用掛籃懸臂澆筑法施工，各單“T”箱梁除0、1號塊采用在支架上現(xiàn)澆外，其余分為10對梁段，均采用對稱平衡懸臂逐段澆筑法施工。箱梁縱向懸澆分段長度為（4×3.0 m+6× 3.5 m），箱梁墩頂現(xiàn)澆塊件（即0、1號塊）總長12.0 m，中跨合攏段長度為2.0 m，邊跨合攏段長度為2.0 m，邊跨現(xiàn)澆段長度為7.0 m。

3.1.2主梁預(yù)應(yīng)力體系

主橋箱梁縱向預(yù)應(yīng)力采用 15-φs15.2、17-φs15.2規(guī)格的鋼鉸線束。鋼束張拉錨下控制應(yīng)力采用σcon=0.75fpk=1 395 MPa?？v向預(yù)應(yīng)力采用金屬波紋管成形。預(yù)應(yīng)力損失計算中孔道偏差系數(shù)K=0.001 5，管道摩擦系數(shù)μ=0.25，一端錨具回縮Δ=6 mm。

箱梁腹板豎向預(yù)應(yīng)力采用JL32預(yù)應(yīng)力高強精軋螺紋粗鋼筋，抗拉強度標準值（材料屈服點σ0.2）為785 MPa，張拉控制應(yīng)力為抗拉標準強度的0.8倍。

3.1.3主梁結(jié)構(gòu)計算

變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁縱向結(jié)構(gòu)按全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件計算，計算采用Midas2013進行（模型見圖2），包括恒載、活載、預(yù)應(yīng)力、混凝土收縮徐變、支座不均勻沉降、溫度變化等荷載作用的計算。

圖2　結(jié)構(gòu)離散模型

主橋上部結(jié)構(gòu)施工階段計算，按照梁段劃分、施工順序及工藝，對每一梁均考慮掛籃移動就位、澆筑混凝土、張拉預(yù)應(yīng)力等三個施工過程[2]。計算中按有關(guān)規(guī)范規(guī)定對各種荷載進行荷載組合[3，4]，對結(jié)構(gòu)的強度、剛度和應(yīng)力做了驗算，部分計算結(jié)果見圖3～圖6。

圖3　正截面抗彎承載能力驗算包絡(luò)圖

圖4　正截面抗裂驗算包絡(luò)圖

圖5　斜截面抗裂驗算包絡(luò)圖

圖6　正截面混凝土法向壓應(yīng)力驗算包絡(luò)圖

對主橋上部結(jié)構(gòu)進行了施工流程驗算、持久狀況承載力極限狀態(tài)驗算、持久狀況正常使用極限狀態(tài)驗算、持久狀況構(gòu)件應(yīng)力驗算，計算結(jié)果均滿足設(shè)計規(guī)范要求[5]。結(jié)論見表1。

表1　主橋驗算結(jié)果匯總表

3.2引橋

引橋上部結(jié)構(gòu)采用30 m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，上部及橋臺為雙幅分離式結(jié)構(gòu)，橋墩為整體式結(jié)構(gòu)。

引橋橋墩采用預(yù)應(yīng)力混凝土拱形墩，蓋梁寬1.9 m，厚1.4～2.5 m，長度為24.7 m，蓋梁為預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件;拱形墩柱上部分為橢圓弧形狀，下部為直線段，直線段截面尺寸均為2.0 m×1.6 m；承臺厚2 m，為工字形承臺，平面尺寸為12.6 m×6.4 m；基礎(chǔ)采用4-φ1.5m的鉆孔灌注樁。

橋臺采用肋板式臺，臺帽高1.3 m，寬1.6 m，單幅橋臺基礎(chǔ)采用4根直徑為1.2 m的鉆孔灌注樁，見圖7。

圖7　拱形墩效果圖

3.2.1上部結(jié)構(gòu)計算

裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)體系為先簡支后連續(xù)的結(jié)構(gòu)，按A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計。

3.2.2下部結(jié)構(gòu)計算

引橋橋墩計算采用midas2013進行 (模型見圖8)，其中墩柱按鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計，蓋梁按A預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計。荷載作用包括恒載、活載、預(yù)應(yīng)力、混凝土收縮徐變、順橋向水平力、溫度變化等荷載作用的計算，同時還對架橋機架梁過程進行了施工階段模擬。引橋橋墩施工階段計算，按照支架現(xiàn)澆橋墩、一次張拉預(yù)應(yīng)力、架設(shè)箱梁及橋面鋪裝附屬施工等三個施工過程，結(jié)合工程實際情況，對蓋梁及墩柱的各個工況進行了分析。

圖8　拱形墩計算模型

順橋向水平力考慮了收縮徐變、溫度和汽車荷載等作用效應(yīng)。計算汽車制動力時，各墩受力按墩頂抗推剛度分配，計算溫度變形時，只計樁墩頂部水平力對樁墩所引起的彎矩的影響。

考慮支座影響的墩頂抗推剛度按式（1）計算：

式中：Ki為橋墩抗推總剛度；Ki為橋墩順橋向的墩頂抗推剛度；Knm為支座影響剛度。

各個橋墩順橋向的墩頂抗推剛度按式（2）計算：

式中：n為橋墩墩柱個數(shù)，本次計算考慮橋梁半幅，取n=1；h為橋墩高度；E為橋墩墩柱材料彈性模量E=3.25×104MPa；I為橋墩墩柱截面慣性矩。

引橋連續(xù)墩采用板式支座，半幅橋梁橫向一排布置有8個支座。支座剛度按照下式計算。根據(jù)《公路橋梁板式橡膠支座規(guī)格系列》（JT/T 663-2006），板式支座采用GYZ450×84型支座，計算時取單幅計算。

計算對上部結(jié)構(gòu)進行了施工流程驗算、持久狀況承載力極限狀態(tài)驗算、持久狀況正常使用極限狀態(tài)驗算、持久狀況構(gòu)件應(yīng)力驗算，結(jié)果均滿足設(shè)計規(guī)范要求[5，6]，結(jié)論見表2。

表2　橋墩驗算結(jié)果匯總表

4　施工組織方案

向陽河特大橋主橋為主跨徑80 m的三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，兩側(cè)引橋為30 m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。本橋預(yù)計施工周期為24個月，根據(jù)工期需要，引橋箱梁由南北兩個預(yù)制場分別預(yù)制、架設(shè)。橋位現(xiàn)場無等級道路溝通，進場需要修筑施工便道。根據(jù)現(xiàn)場踏勘情況，南岸交通條件相對較好，北側(cè)相對較差，因此將材料料場及混凝土工廠設(shè)于南岸預(yù)制場，河中設(shè)棧橋，北側(cè)預(yù)制場材料通過棧橋從南岸運輸過河。

5　結(jié)語

向陽河特大橋采用連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)，結(jié)合本橋的功能特點，并提升橋梁景觀性，對引橋橋墩形式進行了優(yōu)化設(shè)計。引橋橋墩采用拱形墩造型，符合揚州的地方特色。對新技術(shù)、新材料采用的情況主要體現(xiàn)在：預(yù)應(yīng)力張拉采用智能張拉、智能壓漿配套智能系統(tǒng)；橋面防水采用水性環(huán)氧瀝青防水層；全橋瀝青鋪裝前需對橋面調(diào)平層進行拋丸處理等施工工藝。

該橋的設(shè)計對今后其他類似橋梁設(shè)計積累了有益的經(jīng)驗，對同類型橋梁設(shè)計有一定的參考價值。

[1]范立礎(chǔ).橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2]葛耀君.分段施工橋梁分析與控制[M].北京:人民交通出版社, 2003.

[3]張治成,葉貴如,陳衡冶,等.大跨度橋梁施工控制結(jié)構(gòu)分析計算方法[J].浙江大學(xué)學(xué)報,2004(2):210-214.

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[6]JTG/T F50-2011,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

U448.21+5

B

1009-7716（2016）04-0065-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.04.021

2015-12-30

董紅（1986-），女，江蘇南京人，工程師，從事橋梁與隧道工程設(shè)計工作。