某連續Y型墩剛構橋靜力計算

摘 要：橋梁結構為40+3×65+40=275m五跨連續Y型墩剛構，介紹了該橋的計算參數、計算方法及計算內容，為該橋的施工、監控提供依據，可為同類橋梁的設計提供參考。

關鍵詞：連續Y型墩剛構；靜力計算

Y型墩剛構橋也是一種連續剛構橋，所不同的是將橋墩做成Y型，它具有連續剛構橋和多跨斜腿剛構橋的受力特性和共有的優點。本文以浙江省三門縣一座Y型墩剛構橋為例，對Y型墩連續剛構橋的受力特性進行分析研究。

1 工程概況

橋梁結構為40+3×65+40=275m五跨連續Y型墩剛構，單幅寬度為23.0m，分左右兩幅設計。主梁采用預應力變高度箱梁，箱梁中心線處跨中梁高1.4m，邊支點處梁高1.4m，Y型墩與箱梁底板采用圓弧線接順。單幅截面形式為單箱兩室直腹板斷面，頂板兩側設置1.5%橫坡，箱梁總寬23.0m，底板同Y型墩等寬15.0m，懸臂長度4.0m；頂板厚度為25cm，底板厚度為25cm～60cm，腹板厚度為100cm，挑臂端部高20cm，根部高60cm。箱梁預應力體系主要為縱向預應力體系和橫向預應力體系。縱向預應力鋼束設置了頂板束、底板束和腹板束，橫向預應力布置在頂板內和Y型墩與箱梁相交節點橫梁處。Y型墩斜柱標準厚度為1.0m，立柱標準寬度為1.5m，均采用矩形截面，寬度均為15.0m。橋面鋪裝采用10cm厚瀝青砼。

2 技術標準

道路等級：城市主干路；設計行車速度：40～50km/h；橋梁設計荷載：公路I級，雙向六車道，人群和非機動車道荷載為4.0kPa；橋梁設計安全等級為一級，橋梁設計基準期為100年；橫斷面：2×[3.0m（人行道）+4.5m（非機動車道）+3.0m（機非分隔帶）+12.0m（機動車道）+0.5m（防撞護欄）]+4.0m（中央分隔帶）=50.0m；通航要求和水文資料：通航凈寬為20m，通航凈高為3.5m，常水位為1.5米，20年一遇洪水位為3.0米，通航水位暫按常水位1.5米控制；橋面橫坡：車行道和非機動車道向外1.5%，人行道向內1.5%；橋梁縱坡為-2.000%～2.000%，豎曲線半徑為R=3500米；地震烈度：地震動峰值加速度<0.05g，構造設防。

3 全橋縱向計算

3.1 計算參數

（1）主要材料。箱梁和橋墩采用C55砼，彈性模量Ec=3.55x104MPa，容重γ=26kN/m3，標準抗壓強度fck=35.5MPa，標準抗拉強度ftk=2.74MPa，抗壓強度設計值fcd=24.4MPa，抗拉強度設計值ftd=1.89MPa；預應力鋼絞線采用9φs15.24和12φs15.24高強度低松弛鋼絞線，彈性模量Ep=1.95×105MPa，標準抗拉強度fpk=1860MPa，張拉控制應力σcon=0.75·fpk=1395 MPa，管道摩擦系數μ=0.17，管道偏差系數k=0.0015，鋼絲松弛系數ζ=0.3（低松弛），單端錨具回縮值ΔL=6mm。

（2）永久作用。主梁結構自重、主梁縱向預應力效應；二期恒載橋面鋪裝及橋面系荷載；混凝土的平均加載齡期按7天計，砼收縮、徐變完成時間按照3650天計；支座沉降：橋墩處不均勻沉降按2.0cm考慮，橋臺處按1.0cm考慮。

（3）可變作用。活載：公路I級，單向三車道，人群和非機動車道荷載為4.0kPa；汽車橫向折減系數和沖擊系數程序自動按《公路橋涵設計通用規范》（JTG D602004）取值；溫度荷載：混凝土線膨脹系數為0.00001，體系溫度按20度考慮，整體升溫25度，降溫-15度；同時考慮日照引起的溫度梯度效應，按《公路橋涵設計通用規范》（JTG D602004）第4.3.10條取值。風荷載：由于氣象資料缺少風速觀測資料，本次設計百年一遇基本風速V10按《公路橋涵設計通用規范》（JTJD602004）中附錄A取值為52.1m/s，五十年一遇基本風速V10取值為48.0m/s。施工荷載：包括掛籃和模板自重以及混凝土濕重。

（4）作用效應組合。施工階段作用效應組合：永久作用+施工荷載+風荷載（五十年一遇）；作用短期效應組合：永久作用+0.7汽車荷載（不計沖擊力）+人群荷載+0.8溫度梯度+體系溫差+0.75風荷載（百年一遇）；作用長期效應組合：永久作用+0.4汽車荷載（不計沖擊力）+0.4人群荷載+（0.8溫度梯度+體系溫差+0.75風荷載（百年一遇）（間接可變作用）；永久作用標準值與可變作用標準值組合：永久作用+汽車荷載+人群荷載+溫度梯度+體系溫差+風荷載；承載能力極限狀態效應組合按照《公路橋涵設計通用規范》（JTG D602004）第4.1.6條規定進行多項組合。全橋縱向按部分預應力A類混凝土構件的控制標準進行設計。

3.2 計算模型

本橋采用MIDAS Civil 2006軟件空間有限元梁單元模型進行計算，樁體采用土彈簧模擬樁土相互作用，橋臺處采用單向支撐模擬，結構有限元計算模型詳見圖1。

3.3 施工階段和成橋階段應力計算結果

施工階段箱梁最大拉應力為0.85MPa，最大壓應力為11.2Mpa，預應力鋼束最大拉應力為1281MPa，滿足規范要求。成橋階段未出現拉應力，最大壓應力為11.0MPa，滿足規范要求。

3.4 正常使用極限階段應力計算結果

長期效應組合和短期效應組合下箱梁均未出現拉應力，最大壓應力為13.9MPa，最大主拉應力1.21Mpa，預應力鋼束最大拉應力為1195MPa，均滿足規范要求。標準組合下箱梁正截面最大壓應力和主壓應力均為16.0MPa，滿足規范要求。

3.5 剛度計算結果

考慮作用長期效應的影響箱梁最大撓度為1.425×（1.68+2.12）=5.42cm=L/1199

3.6 承載能力極限狀態作用效應組合計算結果

承載能力極限狀態各種作用效應組合下抗彎和抗剪均滿足規范要求。

4 施工期間最大懸臂階段計算

4.1 計算模型

取最大懸臂施工階段的計算模型，對其最不利偏載情況進行結構計算，計算模型詳見圖2。

4.2 計算參數

最大不平衡狀態下各種不平衡作用的影響因數如下：考慮梁體自重不均勻性的不平衡系數取為1.05；考慮掛籃、施工機具的質量偏差的不平衡系數取為1.08；考慮梁體節段澆注不同步的塊件重量差0.5P（P為最后一塊的重量）；風荷載取用五十年一遇基本風速V10取值為48.0m/s，風力作用不均勻性按一側梁底作用1.0風力引起的升舉力，另一側梁底作用0.5風力引起的升舉力，升舉系數取0.4。

4.3 計算結果

各項計算結果均不作為控制作用，滿足規范要求。

5 箱梁標準段橫向計算

5.1 計算模型

取標準段箱梁段寬1.0m，按梁單元建模進行有限元計算，腹板處模擬單向支撐和雙向支撐，計算模型詳見圖3。

5.2 計算參數及結果

計算參數參照全橋縱向計算部分，橫向計算按部分預應力B類混凝土構件的控制標準進行設計。正常使用階段作用短期效應組合頂板最大拉應力為0.87MPa，最大壓應力為6.23MPa，長期效應組合作用下最大拉應力為0.81MPa，最大壓應力為6.23MPa，均滿足規范要求。

6 結語

本文通過對五跨Y型墩連續剛構橋進行靜力計算分析，從全橋縱向、施工期間最大懸臂階段及箱梁橫向計算等方面詳細闡述了本橋的計算過程，根據現行規范對結果給出了相應評價，給施工、監控提供了較好的思路和依據，可為同類橋梁的設計提供參考。

參考文獻：

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作者簡介：蔡翔宇（1984—），女，碩士，吉林人，浙江大學基本建設處科員。主要研究方向：基建工作。

張策萍（1983—），女，華東勘測設計研究院中級工程師 。