百米級(jí)連續(xù)剛構(gòu)橋的計(jì)算比較

劉 濤

（廣東省公路勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司,廣東廣州 510507）

1 工程背景

濟(jì)南至廣州國(guó)家高速公路平遠(yuǎn)（贛粵界）至興寧段第C2設(shè)計(jì)合同段與漳龍 (福建漳州至廣東龍川)鐵路和國(guó)道G205相交，在交點(diǎn)處設(shè)置漳龍鐵路跨線橋。

主橋?yàn)?3 m+2×95 m+70 m連續(xù)剛構(gòu)，左右幅分離，單幅橋?qū)?2.75 m，主梁斷面為單箱單室，翼緣寬度3.1 m，箱寬6.55 m，墩頂處梁高5.9 m，跨中梁高3 m，頂板厚度28 cm，底板厚度28～80 cm，腹板厚度為40、60、70 cm三種情況；墩頂設(shè)置5 m長(zhǎng)的等梁高段，主跨跨中設(shè)置2 m長(zhǎng)的等梁高合攏段，梁高和底板厚度均按二次曲線變化。墩頂處橫隔板厚度為2.2 m，梁端橫隔板厚度為1.5 m。對(duì)稱部分采用懸臂澆鑄法施工，懸澆段的分段長(zhǎng)度為8×3 m+5×4 m；53 m小邊跨的尾段長(zhǎng)度為4.36 m，70 m大邊跨的尾段長(zhǎng)度為21.36 m，采用落地支架現(xiàn)澆施工。

橋墩高度在24～33 m，由于左右幅錯(cuò)孔布置，主墩采用單薄壁實(shí)心墩，墩厚2.2 m，墩寬6.55 m，主墩基礎(chǔ)為4根D220 cm的鉆孔灌注樁。

主梁采用C55混凝土，設(shè)置三向預(yù)應(yīng)力，縱向受力構(gòu)件按全預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)。橋墩采用C40混凝土，樁基和承臺(tái)采用C30混凝土，為鋼筋混凝土構(gòu)件，裂縫寬度按0.2 mm控制。

本橋橋位處的平面線形為緩和曲線和直線，緩和曲線的參數(shù)A×A=200×1500，主橋約有一半長(zhǎng)度位于緩和曲線上。

2 計(jì)算方案

該橋平面線形較復(fù)雜，大邊跨與主跨的比例不在常用范圍內(nèi)，主跨跨數(shù)為兩跨，故在設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中采取以主跨跨數(shù)、邊中跨比例、平面線形為變量，采取由簡(jiǎn)到繁的方法對(duì)三個(gè)變量對(duì)邊支座反力、主梁內(nèi)力、主墩內(nèi)力進(jìn)行了計(jì)算比較。計(jì)算方案見(jiàn)表1。

表1 計(jì)算方案

限于篇幅，在隨后的計(jì)算結(jié)果表中僅列出平面線形為直線和圓曲線半徑R=1000 m的情況。

3 計(jì)算模型、計(jì)算軟件、計(jì)算荷載

計(jì)算模型：采用空間梁?jiǎn)卧榱嗽黾涌杀刃裕瑯蚨崭叨染?6.7 m計(jì)。

計(jì)算軟件：采用Midas Civil2010。

計(jì)算荷載：按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60-2004)取值。

永久作用：自重，26 kN/m3；護(hù)欄，20 kN/m；橋面鋪裝，28.4 kN/m。預(yù)應(yīng)力按照施工圖施加，收縮、徐變按規(guī)范取值并根據(jù)截面情況對(duì)有效厚度進(jìn)行修正。基礎(chǔ)沉降取1 cm。

可變作用：汽車(chē)荷載，靠近曲線外側(cè)布置三個(gè)車(chē)道，不均勻系數(shù)按1.15考慮。汽車(chē)沖擊力，結(jié)構(gòu)豎向第一振型的頻率按2hz計(jì)。汽車(chē)制動(dòng)力按2.871 kN/m的均布荷載作用在主梁?jiǎn)卧稀２豢紤]汽車(chē)離心力。主梁風(fēng)力，縱橋向按2.5 kN/m的均布荷載作用在主梁?jiǎn)卧希瑱M橋向按10 kN/m的均布荷載作用在主梁?jiǎn)卧稀蚨诊L(fēng)力，按三角形荷載考慮，縱橋向墩頂荷載集度為22.088 kN/m，橫橋向墩頂荷載集度為4.046 kN/m。整體升溫25℃，整體降溫25℃。梯度升溫和梯度降溫均按100 mm瀝青混凝土鋪裝層的情況考慮。縱向風(fēng)力與汽車(chē)制動(dòng)力作用方向一致。橫橋向風(fēng)力作用方向?yàn)榍€外側(cè)，即從圓心向外施加荷載。不考慮其他可變作用。

不考慮偶然作用。

施工期間的作用：掛籃按600 kN計(jì)。混凝土濕重按設(shè)計(jì)重的1.3倍計(jì)。合攏壓重按合攏段重量的一半計(jì)。

4 計(jì)算結(jié)果

4.1 邊支座反力的計(jì)算結(jié)果

各參數(shù)對(duì)收縮、徐變的影響是一致的，在此將其合并；升溫與降溫，梯度升溫與梯度降溫有明確的倍數(shù)關(guān)系，僅在次列出升溫與梯度升溫的計(jì)算結(jié)果；同時(shí)僅列出沉降引起的最大反力值。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2、表3。

表2 邊支座反力計(jì)算結(jié)果

表3 邊支座反力計(jì)算結(jié)果

由計(jì)算結(jié)果可知，控制邊支座支反力的主要作用是恒載、預(yù)應(yīng)力二次作用、汽車(chē)荷載和風(fēng)力，其他各項(xiàng)影響很小。需要重點(diǎn)指出的是風(fēng)力的影響相當(dāng)大，若不考慮風(fēng)力影響支座可能脫空，實(shí)際受力情況將與計(jì)算模型不一致。

影響邊支座支反力的主要因素是邊中跨比；平面線形主要影響預(yù)應(yīng)力二次、收縮徐變、升降溫、溫度梯度引起的支反力在曲線內(nèi)外側(cè)支座中的分配，不影響其總值。主跨跨數(shù)對(duì)值反力的組合值有較大影響。

4.2 主梁內(nèi)力的計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4～表6。

由表4計(jì)算結(jié)果可知，剪力的影響因素主要是跨徑，其他各項(xiàng)影響很小。結(jié)合支反力的計(jì)算結(jié)果可知不同腹板的剪力不均勻系數(shù)較大，在0.75～1.25之間，建議按1.25的不均勻系數(shù)對(duì)腹板進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。

表4 主梁剪力計(jì)算結(jié)果表

表5 主梁彎矩計(jì)算結(jié)果表

表6 主梁扭矩計(jì)算結(jié)果表

表7 主墩彎矩計(jì)算結(jié)果表

邊跨跨中內(nèi)力是指邊跨正彎矩最大處的彎矩及該點(diǎn)的最大負(fù)彎矩。

由表5計(jì)算結(jié)果可知，邊中跨比主要對(duì)邊跨彎矩有影響，對(duì)邊墩墩頂彎矩略有影響，對(duì)中跨跨中彎矩幾乎無(wú)影響。主跨跨數(shù)主要影響邊墩墩頂彎矩和邊跨最大彎矩，對(duì)其他各處彎矩幾乎無(wú)影響。平面線形對(duì)各點(diǎn)彎矩幾乎無(wú)影響。

由表6計(jì)算結(jié)果可知，主跨跨數(shù)主要影響主跨內(nèi)的扭矩；邊中跨比主要影響邊跨內(nèi)的扭矩。平面線形的影響較復(fù)雜，對(duì)各點(diǎn)扭矩的影響趨勢(shì)不一致。

4.3 主墩內(nèi)力的計(jì)算結(jié)果

主墩內(nèi)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7，中墩不控制設(shè)計(jì)，不在此羅列其內(nèi)力。

由表7計(jì)算結(jié)果可知，影響邊墩內(nèi)力的主要因素是主跨跨數(shù)，即溫度作用的實(shí)際長(zhǎng)度。

5 結(jié)論

綜上所述得出如下結(jié)論：

（1）百米級(jí)橋梁的計(jì)算要考慮風(fēng)載作用，特別是橫向風(fēng)載。

（2）連續(xù)剛構(gòu)橋邊中跨的比值宜在0.6左右，不宜小于0.55，且在主跨為多跨時(shí)宜適當(dāng)增大，否則邊支座反力難以控制。

（3）主跨跨數(shù)、邊中跨比、平面線形對(duì)反力、內(nèi)力均有不同程度的影響。

（4）在做強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)，各腹板的剪力差應(yīng)充分考慮。

（5）主跨跨數(shù)對(duì)橋墩內(nèi)力影響巨大。

[1]邵旭東.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2004.

[2]廣東省公路勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司.濟(jì)南至廣州國(guó)家高速公路平遠(yuǎn)至興寧段第C2設(shè)計(jì)合同段兩階段施工圖設(shè)計(jì)[Z].2012.