某連續(xù)Y型墩剛構(gòu)橋靜力計(jì)算

摘 要：橋梁結(jié)構(gòu)為40+3×65+40=275m五跨連續(xù)Y型墩剛構(gòu)，介紹了該橋的計(jì)算參數(shù)、計(jì)算方法及計(jì)算內(nèi)容，為該橋的施工、監(jiān)控提供依據(jù)，可為同類橋梁的設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：連續(xù)Y型墩剛構(gòu)；靜力計(jì)算

Y型墩剛構(gòu)橋也是一種連續(xù)剛構(gòu)橋，所不同的是將橋墩做成Y型，它具有連續(xù)剛構(gòu)橋和多跨斜腿剛構(gòu)橋的受力特性和共有的優(yōu)點(diǎn)。本文以浙江省三門縣一座Y型墩剛構(gòu)橋?yàn)槔瑢?duì)Y型墩連續(xù)剛構(gòu)橋的受力特性進(jìn)行分析研究。

1 工程概況

橋梁結(jié)構(gòu)為40+3×65+40=275m五跨連續(xù)Y型墩剛構(gòu)，單幅寬度為23.0m，分左右兩幅設(shè)計(jì)。主梁采用預(yù)應(yīng)力變高度箱梁，箱梁中心線處跨中梁高1.4m，邊支點(diǎn)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(cè)設(shè)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(yù)應(yīng)力體系主要為縱向預(yù)應(yīng)力體系和橫向預(yù)應(yīng)力體系。縱向預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)置了頂板束、底板束和腹板束，橫向預(yù)應(yīng)力布置在頂板內(nèi)和Y型墩與箱梁相交節(jié)點(diǎn)橫梁處。Y型墩斜柱標(biāo)準(zhǔn)厚度為1.0m，立柱標(biāo)準(zhǔn)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)

道路等級(jí)：城市主干路；設(shè)計(jì)行車速度：40～50km/h；橋梁設(shè)計(jì)荷載：公路I級(jí)，雙向六車道，人群和非機(jī)動(dòng)車道荷載為4.0kPa；橋梁設(shè)計(jì)安全等級(jí)為一級(jí)，橋梁設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100年；橫斷面：2×[3.0m（人行道）+4.5m（非機(jī)動(dòng)車道）+3.0m（機(jī)非分隔帶）+12.0m（機(jī)動(dòng)車道）+0.5m（防撞護(hù)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(jī)動(dòng)車道向外1.5%，人行道向內(nèi)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(dòng)峰值加速度<0.05g，構(gòu)造設(shè)防。

3 全橋縱向計(jì)算

3.1 計(jì)算參數(shù)

（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(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度fck=35.5MPa，標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度ftk=2.74MPa，抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fcd=24.4MPa，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ftd=1.89MPa；預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用9φs15.24和12φs15.24高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，彈性模量Ep=1.95×105MPa，標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度fpk=1860MPa，張拉控制應(yīng)力σcon=0.75·fpk=1395 MPa，管道摩擦系數(shù)μ=0.17，管道偏差系數(shù)k=0.0015，鋼絲松弛系數(shù)ζ=0.3（低松弛），單端錨具回縮值ΔL=6mm。

（2）永久作用。主梁結(jié)構(gòu)自重、主梁縱向預(yù)應(yīng)力效應(yīng)；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(jì)，砼收縮、徐變完成時(shí)間按照3650天計(jì)；支座沉降：橋墩處不均勻沉降按2.0cm考慮，橋臺(tái)處按1.0cm考慮。

（3）可變作用。活載：公路I級(jí)，單向三車道，人群和非機(jī)動(dòng)車道荷載為4.0kPa；汽車橫向折減系數(shù)和沖擊系數(shù)程序自動(dòng)按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D602004）取值；溫度荷載：混凝土線膨脹系數(shù)為0.00001，體系溫度按20度考慮，整體升溫25度，降溫-15度；同時(shí)考慮日照引起的溫度梯度效應(yīng)，按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D602004）第4.3.10條取值。風(fēng)荷載：由于氣象資料缺少風(fēng)速觀測(cè)資料，本次設(shè)計(jì)百年一遇基本風(fēng)速V10按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTJD602004）中附錄A取值為52.1m/s，五十年一遇基本風(fēng)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(yīng)組合。施工階段作用效應(yīng)組合：永久作用+施工荷載+風(fēng)荷載（五十年一遇）；作用短期效應(yīng)組合：永久作用+0.7汽車荷載（不計(jì)沖擊力）+人群荷載+0.8溫度梯度+體系溫差+0.75風(fēng)荷載（百年一遇）；作用長期效應(yīng)組合：永久作用+0.4汽車荷載（不計(jì)沖擊力）+0.4人群荷載+（0.8溫度梯度+體系溫差+0.75風(fēng)荷載（百年一遇）（間接可變作用）；永久作用標(biāo)準(zhǔn)值與可變作用標(biāo)準(zhǔn)值組合：永久作用+汽車荷載+人群荷載+溫度梯度+體系溫差+風(fēng)荷載；承載能力極限狀態(tài)效應(yīng)組合按照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D602004）第4.1.6條規(guī)定進(jìn)行多項(xiàng)組合。全橋縱向按部分預(yù)應(yīng)力A類混凝土構(gòu)件的控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.2 計(jì)算模型

本橋采用MIDAS Civil 2006軟件空間有限元梁?jiǎn)卧Ｐ瓦M(jìn)行計(jì)算，樁體采用土彈簧模擬樁土相互作用，橋臺(tái)處采用單向支撐模擬，結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算模型詳見圖1。

3.3 施工階段和成橋階段應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

施工階段箱梁最大拉應(yīng)力為0.85MPa，最大壓應(yīng)力為11.2Mpa，預(yù)應(yīng)力鋼束最大拉應(yīng)力為1281MPa，滿足規(guī)范要求。成橋階段未出現(xiàn)拉應(yīng)力，最大壓應(yīng)力為11.0MPa，滿足規(guī)范要求。

3.4 正常使用極限階段應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

長期效應(yīng)組合和短期效應(yīng)組合下箱梁均未出現(xiàn)拉應(yīng)力，最大壓應(yīng)力為13.9MPa，最大主拉應(yīng)力1.21Mpa，預(yù)應(yīng)力鋼束最大拉應(yīng)力為1195MPa，均滿足規(guī)范要求。標(biāo)準(zhǔn)組合下箱梁正截面最大壓應(yīng)力和主壓應(yīng)力均為16.0MPa，滿足規(guī)范要求。

3.5 剛度計(jì)算結(jié)果

考慮作用長期效應(yīng)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(tài)作用效應(yīng)組合計(jì)算結(jié)果

承載能力極限狀態(tài)各種作用效應(yīng)組合下抗彎和抗剪均滿足規(guī)范要求。

4 施工期間最大懸臂階段計(jì)算

4.1 計(jì)算模型

取最大懸臂施工階段的計(jì)算模型，對(duì)其最不利偏載情況進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，計(jì)算模型詳見圖2。

4.2 計(jì)算參數(shù)

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

4.3 計(jì)算結(jié)果

各項(xiàng)計(jì)算結(jié)果均不作為控制作用，滿足規(guī)范要求。

5 箱梁標(biāo)準(zhǔn)段橫向計(jì)算

5.1 計(jì)算模型

取標(biāo)準(zhǔn)段箱梁段寬1.0m，按梁?jiǎn)卧＿M(jìn)行有限元計(jì)算，腹板處模擬單向支撐和雙向支撐，計(jì)算模型詳見圖3。

5.2 計(jì)算參數(shù)及結(jié)果

計(jì)算參數(shù)參照全橋縱向計(jì)算部分，橫向計(jì)算按部分預(yù)應(yīng)力B類混凝土構(gòu)件的控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。正常使用階段作用短期效應(yīng)組合頂板最大拉應(yīng)力為0.87MPa，最大壓應(yīng)力為6.23MPa，長期效應(yīng)組合作用下最大拉應(yīng)力為0.81MPa，最大壓應(yīng)力為6.23MPa，均滿足規(guī)范要求。

6 結(jié)語

本文通過對(duì)五跨Y型墩連續(xù)剛構(gòu)橋進(jìn)行靜力計(jì)算分析，從全橋縱向、施工期間最大懸臂階段及箱梁橫向計(jì)算等方面詳細(xì)闡述了本橋的計(jì)算過程，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范對(duì)結(jié)果給出了相應(yīng)評(píng)價(jià)，給施工、監(jiān)控提供了較好的思路和依據(jù)，可為同類橋梁的設(shè)計(jì)提供參考。

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

張策萍（1983—），女，華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院中級(jí)工程師 。