大件運(yùn)輸車(chē)載下連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

李克然

（大連理工大學(xué)土木建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 大連 116024）

1 項(xiàng)目概況

1.1 橋梁結(jié)構(gòu)

驗(yàn)算橋梁為預(yù)應(yīng)力混凝土變截面三跨連續(xù)剛構(gòu)橋，跨徑布置為（85+150+85）m，橫斷面布置為1.25 m人行道+9.5 m車(chē)行道+1.25 m人行道=12 m。0號(hào)段支點(diǎn)處高度為9.065 m，合攏段和邊跨現(xiàn)澆段梁高均為3.465 m，其余梁段底板下緣按1.8次拋物線漸變，箱梁底板厚度亦按1.8次拋物線變化。頂板設(shè)雙向2%的橫坡，底板水平。

上部結(jié)構(gòu)主梁為箱形單箱單室斷面，采用C55混凝土澆筑。頂板寬度12 m，底板寬度6.5 m。箱梁頂板最小厚度 30 cm，腹板厚度 50～70 cm，底板厚度 32～95 cm；邊跨現(xiàn)澆段端橫梁處頂、底板加厚至70 cm；墩頂?shù)?號(hào)梁段腹板厚度100 cm，底板厚度150 cm；0號(hào)梁段順橋向長(zhǎng)度11.0 m，合攏段長(zhǎng)度2 m，邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)度8.9 m。上部箱梁共設(shè)4道橫隔板：0號(hào)梁段各設(shè)2道厚度為1.8 m的橫隔板，與橋墩壁厚一致；邊跨現(xiàn)澆段端部各設(shè)1道厚度為2 m的橫隔板。另外在中跨跨中附近梁段設(shè)有7道0.35 m×0.6 m的底板橫肋。為適應(yīng)掛籃懸澆的施工工藝，全橋箱梁共分為2個(gè)0號(hào)梁段、4×19個(gè)懸澆梁段、2個(gè)邊跨現(xiàn)澆梁段及3個(gè)合攏梁段。主梁典型斷面及立面結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1、圖2示。

圖1 主梁典型斷面圖（單位：cm）

圖2 橋梁立面結(jié)構(gòu)圖（單位：m）

橋梁下部結(jié)構(gòu)主墩采用C50混凝土，墩身為圓端形截面雙薄壁墩，兩片薄壁墩柱順橋向的凈距為440 cm，橋墩順橋向厚度180 cm，橫橋向圓端形截面處寬度980 cm，矩形截面處800 cm。墩身伸入主梁0號(hào)梁段，形成箱梁的橫隔板。各橋墩均設(shè)6根直徑2.5 m的鉆孔灌注樁。承臺(tái)采用C35水下混凝土，樁基采用C30水下混凝土。分聯(lián)墩主梁支撐處支座采用盆式橡膠鋼支座。

1.2 驗(yàn)算荷載

a）永久荷載 包括結(jié)構(gòu)自重、二期恒載及預(yù)應(yīng)力。

b）特種車(chē)輛荷載 特載車(chē)輛的軸載分布如圖3示。箱梁結(jié)構(gòu)整體驗(yàn)算及局部驗(yàn)算時(shí)，按具體軸載進(jìn)行荷載布置；橋面板計(jì)算時(shí)考慮沖擊系數(shù)0.3。

圖3 特載車(chē)輛軸載分布圖（單位：m）

2 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算要點(diǎn)及模型建立

2.1 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算要點(diǎn)

a）整體計(jì)算按預(yù)應(yīng)力混凝土A類(lèi)構(gòu)件驗(yàn)算。

b）橋面板計(jì)算不考慮橋面鋪裝混凝土層與截面的組合作用。

c）橋面板和橫梁計(jì)算均按車(chē)輪橫向最不利工況加載。

d）計(jì)算中不考慮結(jié)構(gòu)整體升、降溫和溫度梯度作用。

e）計(jì)算中按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)狀態(tài)下，根據(jù)橋梁使用年限，考慮結(jié)構(gòu)收縮徐變影響，未考慮施工缺陷及運(yùn)營(yíng)對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷。

f）特載車(chē)通過(guò)時(shí)，除特載車(chē)輛外未考慮其他活荷載。

2.2 荷載組合

a）承載能力驗(yàn)算 1.2恒載+1.0預(yù)應(yīng)力+1.0混凝土收縮徐變+1.1特載車(chē)輛荷載。

b）抗裂驗(yàn)算 1.0恒載+1.0預(yù)應(yīng)力+1.0混凝土收縮徐變+1.0特載車(chē)輛荷載。

2.3 應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)

a）正截 面抗裂驗(yàn)算 σst-σpc≤0.7ftk，σlt-σpc≤0；

b）斜截面抗裂驗(yàn)算 σtp≤0.5ftk；

c）使用階段混凝土正截面壓應(yīng)力 σkc-σpt≤0.50fck；

d）使用階段混凝土主壓應(yīng)力 σcp≤0.6fck；

e）應(yīng)力驗(yàn)算結(jié)果中，“+”為拉應(yīng)力，“-”為壓應(yīng)力。

2.4 建立模型

采用Midas Civil軟件，建立橋梁的三維模型。模型中的主梁、主墩、承臺(tái)、樁基等均采用梁?jiǎn)卧M，支座采用一般支撐模擬，共劃分了591個(gè)節(jié)點(diǎn)，740個(gè)單元。結(jié)構(gòu)有限元模型見(jiàn)圖4示。

圖4 結(jié)構(gòu)有限元模型圖

3 驗(yàn)算結(jié)果

3.1 主梁整體受力驗(yàn)算

3.1.1 主梁承載能力驗(yàn)算

圖5為主梁正截面抗彎承載力包絡(luò)圖，圖6為主梁斜截面抗剪承載力包絡(luò)圖。圖中分別給出了按承載能力極限狀態(tài)組合的彎矩設(shè)計(jì)值、剪力設(shè)計(jì)值和極限彎矩值、極限剪力值。從圖中可以看出，所有截面的極限承載力均滿足規(guī)范要求。

圖5 主梁正截面抗彎承載能力包絡(luò)圖（單位：kN·m）

圖6 主梁斜截面抗剪承載能力包絡(luò)圖（單位：kN）

3.1.2 主梁抗裂驗(yàn)算

頻遇組合下截面上下緣均未出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足規(guī)范要求。

頻遇組合下截面主拉應(yīng)力為0.9 MPa＜0.5ftk=0.5×2.74=1.37 MPa，滿足規(guī)范要求。

3.1.3 主梁撓度驗(yàn)算

根據(jù)《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》（JTG 3362—2018）第6.5.3條的規(guī)定，在汽車(chē)荷載作用下豎向撓度中跨應(yīng)不大于L/600=0.25 m，邊跨應(yīng)不大于L/600=0.142 m。特載車(chē)輛作用下主梁中跨最大撓度為0.130 m，邊跨最大撓度為0.065 m，均滿足規(guī)范要求。

3.1.4 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件應(yīng)力驗(yàn)算

標(biāo)準(zhǔn)組合下截面上下緣混凝土最大正應(yīng)力12.6 MPa＜0.5fck=0.5×35.5=17.75 MPa，滿足規(guī)范要求。

標(biāo)準(zhǔn)組合下截面混凝土主壓應(yīng)力13.4 MPa＜0.6fck=0.6×35.5=21.3 MPa，滿足規(guī)范要求。

3.2 端橫梁驗(yàn)算

表1為端橫梁最不利截面承載能力比較結(jié)果。計(jì)算結(jié)果表明，橫梁控制截面的抗彎承載能力和抗剪承載能力均大于計(jì)算值，滿足規(guī)范要求。

表1 橫梁驗(yàn)算結(jié)果

3.3 橋面板驗(yàn)算

3.3.1 驗(yàn)算斷面

圖7 驗(yàn)算斷面（單位：cm）

由于主梁截面懸臂較長(zhǎng)，最外側(cè)車(chē)輪有可能作用于懸臂位置，因此在橋面板驗(yàn)算時(shí)，需驗(yàn)算懸臂板。橋面板需驗(yàn)算跨中截面A-A、支點(diǎn)截面B-B及懸臂截面C-C。

特載車(chē)輪軸距為1.55 m，根據(jù)《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》（JTG 3362—2018）第4.2.3條關(guān)于車(chē)輪荷載分布寬度的計(jì)算規(guī)定，單軸荷載作用下橋面板的分布寬度取1.55 m，計(jì)算結(jié)果為1.0 m板寬計(jì)算結(jié)果。

3.3.2 計(jì)算結(jié)果

表2為橋面板控制截面的彎矩、剪力最大計(jì)算值與其承載能力比較計(jì)算結(jié)果，計(jì)算結(jié)果表明，橋面板各控制截面的承載能力均滿足規(guī)范要求。

表2 橋面板驗(yàn)算結(jié)果

3.4 支座反力驗(yàn)算

表3為連續(xù)剛構(gòu)橋大小里程兩側(cè)端橫梁支座反力計(jì)算結(jié)果。計(jì)算結(jié)果表明，在特載車(chē)輛作用下，支座承載力滿足規(guī)范要求。

表3 支座反力驗(yàn)算結(jié)果 kN

3.5 主墩驗(yàn)算

參照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTJ 021—89）第2.3.9條第一項(xiàng)，汽車(chē)荷載產(chǎn)生的制動(dòng)力，為布置在荷載長(zhǎng)度內(nèi)的一行汽車(chē)車(chē)隊(duì)總重力的10%，但不得小于一輛重車(chē)的30%.參照上述規(guī)定，在294.2 t特載車(chē)輛荷載作用下，按總車(chē)重的30%取值汽車(chē)制動(dòng)力即為88.3 t水平力對(duì)橋梁下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算。

3.5.1 承載力驗(yàn)算

表4為主墩最不利截面承載能力比較結(jié)果。計(jì)算結(jié)果表明，主墩的承載能力大于計(jì)算值，滿足規(guī)范要求。

表4 主墩軸力及彎矩承載力驗(yàn)算結(jié)果

3.5.2 抗剪驗(yàn)算

表5為主墩最不利截面抗剪承載力比較結(jié)果。計(jì)算結(jié)果表明，主墩的抗剪承載力大于計(jì)算值，滿足規(guī)范要求。

表5 主墩抗剪承載力驗(yàn)算結(jié)果 kN

3.6 樁基驗(yàn)算

表6為樁基最不利截面承載能力比較結(jié)果。計(jì)算結(jié)果表明，樁基的承載能力大于計(jì)算值，滿足規(guī)范要求。

表6 樁基驗(yàn)算結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)計(jì)算，橋梁在大件運(yùn)輸車(chē)輛通行過(guò)程中，結(jié)構(gòu)受力滿足規(guī)范要求，允許通行，但同時(shí)尚應(yīng)滿足以下通行要求：

a）嚴(yán)格按照提供的驗(yàn)算軸載進(jìn)行裝載。

b）要求特載車(chē)輛嚴(yán)格按橋梁中線行駛，平穩(wěn)勻速慢行，行駛速度不大于5 km/h。

c）車(chē)輛在橋上行駛時(shí)嚴(yán)禁急剎車(chē)和急提速[1]。

d）在特載車(chē)輛通過(guò)時(shí)，橋上嚴(yán)禁其他車(chē)輛和人群通行。

e）在特載車(chē)輛通過(guò)時(shí)，應(yīng)有專(zhuān)人在現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)指揮。

本文以某座連續(xù)剛構(gòu)橋通行大件運(yùn)輸車(chē)輛需進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算為工程背景，通過(guò)有限元分析軟件建立全橋結(jié)構(gòu)模型，結(jié)合現(xiàn)行橋梁規(guī)范中的有關(guān)規(guī)定和要求，分析受力體系，明確計(jì)算方法，對(duì)橋梁整體受力及各局部受力構(gòu)件進(jìn)行了計(jì)算分析，并對(duì)特種車(chē)輛通行過(guò)程作出明確要求，以期為同類(lèi)型橋梁通行大件運(yùn)輸車(chē)輛時(shí)的結(jié)構(gòu)計(jì)算提供參考[2]。