基于美國規范的橋梁下部結構計算

王 飛 彭小明

(中交公路規劃設計院有限公司，北京 100088)

1 項目背景

目前中國公司在海外開拓市場，但由于國內的規范體系尚未獲得相關國家的認可，面臨的最大技術問題是設計、施工的一系列標準和規范，包括當地的法律。

本文詳細介紹了采用美國規范的計算橋梁下部結構的過程，希望為大家了解美國規范提供參考和借鑒。下文將主要針對4×78 m連續箱梁結構的下部結構設計開展探討。

表1 運營期下部混凝土結構荷載組合

2 結構概況

本工程引橋上部結構為78 m連續箱梁，單箱單室，橋面寬20．8 m，雙向四車道，橋跨布置為4×78 m，采用預制節段拼裝平衡懸臂施工方法;下部結構為空心薄壁墩結構，墩頂寬6 m，沿高度方向以 1∶80 的斜率漸變，墩高 42．5 m ～57．0 m。

3 荷載組合

運營期與施工期下部混凝土結構荷載組合見表1，表2。

表2 施工期下部混凝土結構荷載組合

4 荷載

美國規范中的恒載同國內差異不大，摩阻力、溫度力及其分配同國內計算方法基本相同，在此不再贅述。下面主要介紹在設計中制動力和風荷載的計算方法和過程。

4．1 制動力

根據AASHTO規范3．6．1．1條，設計車道數為 N=4條，多車道系數為MPF=0．65;根據 AASHTO規范3．6．4條，制動力取下列兩值的較大者，制動力作用高度可假定為水平地作用在路面以上1 800 mm處。

4．2 風荷載

根據美國規范3．8條規定，風荷載包含水平風壓和豎向風壓。

4．2．1 水平風壓

1)結構上的風壓。

其中作用于上部結構的基本風壓PB的取值見AASHTO LRFD 表 3．8．1．2．2-1，作用于下部結構的基本風壓為 0．001 9 MPa，根據風向角分解。

2)車輛上的風壓。

當有車輛存在時，設計風壓應施加于結構和車輛上，作用于車輛上的風壓為1．46 N/mm，此力作用于橋面以上1 800 mm處(垂直于車輛)，并且傳遞給結構。車輛上的風載不與結構垂直時，活載的垂直分力與平行分力可按AASHTO LRFD表3．8．1．3-1的規定取值，其中，傾斜角為與表面法向的夾角。

4．2．2 豎向風壓

豎向風壓按0．000 96 MPa乘以橋面寬度的豎向上風力作為縱向線荷載，其作用點位于橋面寬度迎風面的1/4點處。

5 計算方法和結果

該項目上部結構采用預制節段拼裝箱梁，主跨跨徑78 m，墩高42．5 m～57．0 m，采用鋼筋混凝土空心薄壁墩結構。下面選取一個橋墩表述具體的計算過程(墩高55．7 m)。

在設計計算中，考慮了運營期和施工期。在運營期，分析了強度極限狀態、使用極限狀態和極端事件極限狀態，需考慮的單項荷載及荷載組合見表1;在施工過程中，主要分析了強度極限狀態下吊裝0號塊、最大懸臂和落梁三種工況，需考慮的施工荷載及荷載組合見表2。根據荷載組合表，分別計算出相應荷載組合值，并根據AASHTO規范第五章，計算結構抗力。

1)墩底截面結構尺寸。

墩底截面為矩形空心薄壁結構，截面簡化尺寸為外截面7．3 m×3．6 m，內截面6．3 m ×2．6 m，壁厚0．5 m，截面面積9．85 m2，截面慣性矩 19．12 m4，回轉半徑 1．393 m。

2)材料參數見表3。

表3 材料參數表

3)計算方法。

橋墩計算內容主要有軸向抗力、雙向偏心受壓、分布鋼筋間距和抗剪，由于墩高55．7 m，需判別是否考慮P-Δ效應，分別參照AASHTO 規范 5．5．4．2，5．7．3．4，5．7．4．3 ～5．7．4．5，4．5．3．2 和 5．8．3條款，計算橋墩承載力。下面將列出各極限狀態控制組合的計算結果。

a．強度極限狀態見表4。

表4 強度極限狀態表

b．極端事件極限狀態見表5。由表4，表5可知，由于梁段較 重(A+AI)，若在最大懸臂施工時發生落梁，該工況為控制工況。

表5 極端事件極限狀態表

c．使用極限狀態。

根據 AASHTO 規范5．7．3．4 條款，通過 s≤123 000γe/(βsfss)－2dc計算分布鋼筋的最大間距(同時需要滿足5．10．3．1 和5．10．3．2條款的規定)，以此來滿足抗裂要求。

d．抗剪承載力。

根據 AASHTO 規范5．8．3．3 和5．8．3．5 條款，計算抗剪承載力和縱向鋼筋的抗拉承載力。

6 結語

通過上述的闡述和計算，可以了解基于美國規范橋梁下部結構計算的具體過程和方法，為大家了解美國規范提供參考和借鑒。

［1］ AASHTO LRFD-2007 SI，美國公路橋梁設計規范［S］．

［2］ ACI 318M-05，美國混凝土結構建筑規范［S］．

［3］ ASTM A615/A615M-07，ASTM A416-2005，美國材料標準［S］．