預應力砼魚腹式連續剛構橋設計

【摘 要】 預應力混凝土魚腹式連續梁橋造型美觀、受力合理。對景觀要求比較高的城市橋梁中，比較有競爭力，因而在一些城市橋梁中已獲得廣泛應用。本文以大連市勝利路拓寬改造工程跨解放路立交橋為例，介紹了以魚腹梁為上部結構的城市連續梁橋的設計。總結了連續剛構、連續梁等結構形式在不同荷載狀態下結構應力、變形等的要求。

【關鍵詞】 魚腹梁 連續梁 連續剛構 曲線梁 橢圓形橋墩

1 工程概況

大連市勝利路拓寬改造工程跨解放路立交橋地處大連市的城市中心，在設計中本著安全、經濟、美觀及適用的總體原則，在充分考慮了主體結構安全、構造合理、技術先進、經濟可行的前提下，著重強調橋梁景觀與城市景觀的完美結合，而且要以良好的景觀效果成為城市建設的一個亮點。因此，橋梁上、下部的結構類型的選擇力求簡潔，線條流暢，跨徑合理搭配，并輔以適當的照明，以達到美觀的效果。本工程根據線路的總體要求，主線分為南、北兩幅，其中北主線共包括兩聯橋梁，第一聯跨度布置為：28.5 +29.0 + 30.5米；第二聯跨度布置為：29.5 +45.5 +30.0 + 27米（鋼主梁）。南主線包括三聯橋梁，跨度布置如下：28+28+ 26.5、27+34+23+27（鋼主梁）、3×23米。主線寬度12.8～17.7米寬，設計為單向三車道（見圖1）。

2 技術標準

本項目位于城市主干道上，設計車速為50公里每小時；橋梁平面上位于平曲線上，曲線加寬段和加減速車道重疊，橋面寬度為12.8～17.7米.單幅單向3車道：縱坡≤4%：橫坡3%，凈空高度≥5.5米；荷載等級為公路-I級，橋梁結構設計基準期100年，橋梁結構設計安全等級為一級；抗震設防基本烈度7度。

3 橋梁主體結構設計

主線預應力混凝土主梁寬度變化范圍為12.8～14.83米，梁高為2.06米，梁頂為單向坡，主梁底板橫向外形為橢圓形，橢圓曲線的半長軸為5.4m，半短軸2.0m，并在梁底設2～3.5米長的直線段。箱梁頂板厚25cm，底板厚22cm，豎腹板厚45cm，在中支點附近，腹板加厚至60cm，頂板加厚至35cm，底板加厚至32cm。箱梁中橫梁寬2.0m，端橫梁1.5m，箱梁采用C50砼。主梁在半徑較小的曲線段需要桉規范要求加寬，并設置超高設置。根據線路縱斷的特點，對于橋墩比較高的位置，將橋梁設計為連續剛構。將墩梁固結，不但可以加強結構的整體性，還可以大大的提高結構的美觀效果。箱梁采用單向預應力混凝土結構，縱向預應力采用s15.24高強度低松弛預應力鋼絞線，標準強度fpk=1860 MPa（GB/T 5224-2003標準），預應力錨具采用M15-19型和M15-7型，鋼束控制張拉應力取用盯。=0.73 fpk，預應力管道采用塑料波紋管，真空壓漿（見圖2）。

為了突出橋梁結構的整體美觀效果，下部結構形式設計為橢圓形截面，使之與主梁的橢圓形截面協調一致。主線橋墩采用橢圓形獨柱墩，橋墩截面橢圓尺寸分為四種情況：①主線墩梁固結墩截面的長軸2.7m，短軸1.9m；②非固結墩截面長軸3.2m，短軸2.2m；③匝道交接墩長軸2.05m，短軸1.6m；④匝道墩梁固結橋墩長軸2.05米，短軸1.4米。橢圓橋墩墩頂3m范圍橫向逐漸放大，以便于和主梁銜接或便于安放支座。工程所在位置的地質條件較好，可以采用挖孔灌注樁。主線樁基礎為單根直徑3.0m挖孔灌注樁。墩樁之間設置圓形承臺，承臺高度為2.0米，承臺直徑為4.5米。匝道樁基礎采用直徑2.5米挖孔灌注樁。樁的施工方式橋臺為一字橋臺，基礎采用兩根挖孔灌注樁，橋臺后設置搭板。

4 結構計算

本文以北線第二聯預應力混凝土連續剛構結構為例介紹橋梁的主要計算內容。本橋所有曲線梁有限元模型均采用空間桿系單元進行模擬，用有限元程序MIDAS建模計算，采用SAP2000軟件進行校核。為使計算模型更接近實際結構，單元離散度較密。墩梁固結與支座采用彈性連接模擬。

4.1 正常使用極限狀態應力驗算

經計算，主橋混凝土正截面最大拉應力、斜截面主拉應力均滿足規范要求；斜截面混凝土最大拉應力0.78 MPa<1.425 MPa。

4.2 承載能力極限狀態驗算

經計算，主橋正截面抗彎強度和斜截面抗剪強度均滿足規范要求。

4.3 橋墩承載能力極限狀態驗算

參考圓截面鋼筋混凝土柱單向偏心時的承載力計算公式的推導過程，可以對橢圓形截面承載力計算公式進行推導。得到：

本工程橋墩承載能力極限狀態計算由地震控制。經驗算滿足規范要求。進過對連續梁和連續剛構抗震能力的對比，對于本橋縱向抗震計算，連續剛構受力優于連續梁結構。

5 結語

近年來，城市橋梁結構設計，越來越強調橋梁的景觀設計。橋梁上部采用魚腹式斷面，結構輕盈美觀，下部橋墩采用橢圓形截面墩，與箱梁上下呼應。對橋梁景觀設計作出了一些探索，也為今后魚腹梁的設計提供了經驗。在橋梁結構計算方面，在連續梁的基礎上對于墩高比較高的橋梁采用連續剛構結構，提高了結構的整體剛度。經過實際計算對比，對于本橋采用連續剛構結構能夠提高結構的抗震性能。但采用此類斷面，施工難度增加，模板制作費用較高，適合在一些發達地區、景觀要求較高的地方使用。

參考文獻

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