高墩大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋抗震設(shè)計探索

曾宗平，王曼君

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司)

1 工程概況及計算模型

1.1 工程概況

某一高墩大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土大橋在初步設(shè)計階段，上部結(jié)構(gòu)選用140 +250 +140 連續(xù)剛構(gòu)橋，中孔250 m 跨越主溝，如圖1 所示，技術(shù)指標(biāo)見表1。在墩頂0#塊薄壁箱型墩薄壁對飲位置需要設(shè)置兩個厚度為2.5 m 的橫隔板，至于梁高，需要參照于室箱梁中心線，主梁應(yīng)該利用單箱單式箱形截面，箱梁必須要按照三向預(yù)應(yīng)力進行設(shè)計，橋段根部中心的梁高是14.0 m，高跨比為1/17.8，跨中中心梁高為5.0 m，高跨比為1/50，箱梁頂板寬10.0 m，底板寬5.0 m，翼緣板懸臂長2.5 m，0#塊以外箱梁高度由14.0～5.0 m 按1.8 次拋物線變化。箱梁底板厚度從跨中向支點由0.32～1.3 m 按二次拋物線變化;箱梁頂板厚度正常段為0.28 m，橋墩支點附近由0.28～0.45 m 線性變化;腹板厚分為40 cm、70 cm和100 cm 三種，腹板厚度變化均在同一個梁段內(nèi)完成，并按線性變化。

表1 技術(shù)指標(biāo)

1.2 計算模型

利用了ANSYS 軟件，建立了剛構(gòu)橋的有限元模型，建模過程中還指梁段的施工階段的劃分，產(chǎn)生共計295 全橋節(jié)點和294 個單位。梁C50，彈性模量E=3 145 ×104MPa 的混凝土強度等級，采用C40混凝土橋墩，彈性模量E=3 125 ×104MPa。

2 高墩大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋上部結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

2.1 施工材料的設(shè)計與選擇

上部和下部結(jié)構(gòu)之間的支座可以設(shè)計得只允許上部結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動，或也可以允許在一個或幾個方向平動。采用支座的最大優(yōu)點是上部結(jié)構(gòu)不受到通過墩柱傳來的地震運動。正因為這樣，對于抗彎連接的上部結(jié)構(gòu)截面形式可以選擇的做法就不合適了。本工程預(yù)應(yīng)力錨具采用VLM15 (或HVM15)系列，其技術(shù)條件必須符合JT/T329－1997 的規(guī)定。配套千斤頂采用YDC(或YDCN)系列。預(yù)應(yīng)力管道采用預(yù)埋金屬波紋管。橋面防水采用HM1500 無機材料防水層。橋面鋪裝層采用9 cm 厚瀝青混凝土。混凝土材料采用梁部采用30、29.588、30.036 預(yù)應(yīng)力簡支箱梁，50 m 預(yù)應(yīng)力簡支T 梁采用50 號混凝土。現(xiàn)澆層采用預(yù)應(yīng)力簡支箱梁、T 梁現(xiàn)澆層及濕接縫、橋面連續(xù)采用40#鋼纖維防水混凝土。水泥采用硅酸鹽水泥或普通水泥以及礦渣水泥。公稱面積140 mm2，預(yù)應(yīng)力束由3～12 根15.24 鋼絞線組成。鋼筋采用I、II 級鋼筋，其技術(shù)條件必須符合規(guī)定。鋼板采用低碳鋼(Q235 鋼)，其技術(shù)條件必須符合規(guī)定。

2.2 抗震設(shè)計分析

(1)主梁橫斷面

混凝土主梁采用C40，人行道、橋面鋪裝、欄桿C25。鋼筋采用直徑≥12 mm 采用HRB335 級鋼筋。直徑＜12 mm 采用HPB235 級熱軋光面鋼筋簡支箱梁主梁間距為2.8 m，其預(yù)制寬度為2.20 m、2.35 m 兩種(外梁為2.35 m)，翼板及橫隔板間留有0.6 m 濕接縫。箱梁腹板厚0.15～0.25 m，箱梁底板厚0.16～0.25 m，頂板厚0.1 m。T 梁主梁間距為2.417 m，其預(yù) 制寬 度 為1.80 m、1.90 m 兩 種(邊 梁 為1.90 m)，翼板及橫隔板間留有0.617 m 濕接縫。T 梁肋板厚0.20 m，馬蹄寬0.54～0.64 m。

(2)主梁橫隔板

30 m、29.588、30.036 簡支箱梁僅在梁端設(shè)一道端橫隔板。L=50 m 簡支T 梁，一共進行9 道橫隔板的設(shè)置，至于橫隔板的連接方法，建議采用現(xiàn)澆濕接縫的方法，這樣可以確保梁的整體性。

(3)支座

采用GYZ 板式橡膠支座，其技術(shù)條件必須符合JT/T4－93 的規(guī)定。

(4)伸縮縫

建議采用80、160 型淺埋式型鋼伸縮縫，其技術(shù)條件必須符合JT/T327－1997 的規(guī)定。簡支梁采用橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)。

橋面泄水管的設(shè)置應(yīng)按每1 cm2泄水面積排400 cm2橋面水的要求設(shè)置。在預(yù)制外梁翼緣板時應(yīng)予考慮預(yù)留孔洞。

2.3 施工要點設(shè)計

預(yù)應(yīng)力鋼束張拉的控制噸位及應(yīng)力見表2，預(yù)應(yīng)力鋼絞線的張拉通過張拉力與伸長值一同進行控制，具體的規(guī)范要根據(jù)目前正在實行的《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》來執(zhí)行。此外，還需要注意以下幾個方面的內(nèi)容:首先，是對于梁體混凝土的要求。要求其一定要達到85%的強度以后才可以進行預(yù)應(yīng)力的施加;第二點，是對于養(yǎng)護時間的規(guī)范，要求養(yǎng)護時間一定要大于4 d。第三點，張拉的順序一定要根據(jù)設(shè)計圖的相關(guān)要求進行，一定要對稱張拉。

表2 預(yù)應(yīng)力鋼束張拉控制力表

筒支梁在張拉的時候。應(yīng)該實時的關(guān)注橋梁拱度的變化情況，在張拉的過程當(dāng)中，彈性上拱值和計算值根據(jù)±15%進行控制。當(dāng)張拉結(jié)束以后應(yīng)該第一時間進行封錨，為了避免預(yù)制梁上攻太大，導(dǎo)致太大的收縮差的產(chǎn)生，存梁期切記不能過長，按1～3 個月控制，預(yù)制T 梁在鋼束張拉完成時，上拱度計算值如表3。

預(yù)制梁時應(yīng)在底模上設(shè)置向下的二次拋物線反拱，預(yù)制梁梁頂線形與梁底線形一致。為了能夠避免同跨與相鄰跨預(yù)制梁之間高差太大，對于相同跨橋的不同位置的預(yù)制梁的存量時間要盡量保持一致，同時，相鄰跨的預(yù)制梁的存量時間也應(yīng)該盡量的接近。

需要注意的是，對于預(yù)制主梁梁頂與翼板及橫隔板往端部等和現(xiàn)澆混凝土連接的位置的混凝土表面一定要進行鑿毛、沖洗處理。這樣一來，就能夠確保新混凝土和老混凝土能夠有效的結(jié)合在一起，當(dāng)設(shè)計的強度已經(jīng)達到百分之八十五以后，并且已經(jīng)進行壓力擴散以后，才可以在橋梁上運梁。

表3 箱梁、T 梁撓度值 mm

在曲線加寬處梁和邊梁，梁重稍增，且不對稱，吊裝時要采取措施防止傾覆。同時在存梁和運梁時支點必須在理論支承線處，防止梁的開裂。

3 高墩大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋下部結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

3.1 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計

簡支梁和剛構(gòu)邊墩采用雙柱式橋墩，樁基頂采用系梁連接。剛構(gòu)主墩為雙薄臂墩，薄臂墩中心間距為570 cm，橫向尺寸同箱梁底寬為850 cm，縱向為130 cm，承臺高為350 cm，橫向X 縱向為1 280 ×1 120 cm，8 根樁基，梅花形布置。

表4 主要尺寸及單樁樁頂設(shè)計軸向力

3.2 施工方法

樁基全部采用沖孔成孔，再灌注混凝土。剛構(gòu)在橋墩處搭設(shè)施工平臺，樁基采用鋼護筒護壁，承臺采用吊箱施工，在澆注承臺時先澆注15 cm 封底混凝土，薄臂墩采用在承臺上搭設(shè)支架滑模等有效施工方法進行施工。

4 結(jié)束語

橋高墩大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計是一個系統(tǒng)全面的設(shè)計過程，每一個過程的設(shè)計都需要豐富的專業(yè)知識和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度。首先根據(jù)所給設(shè)計資料選擇橋式并擬定全橋細部尺寸，然后運用邁達斯程序求解內(nèi)力并進行橋梁各部的設(shè)計與檢算，從整體到局部，再從橋梁的上部結(jié)構(gòu)到下部結(jié)構(gòu)。本橋的設(shè)計已基本達到預(yù)期的結(jié)果:橋式的選擇滿足設(shè)計規(guī)范與要求;全橋各部結(jié)構(gòu)尺寸符合設(shè)計規(guī)范要求;結(jié)構(gòu)的力學(xué)檢算滿足設(shè)計規(guī)范要求。

［1］徐賢昭，董繼恩，王欣南.石佛溝特大橋抗震特性探討.中外公路，2010，(5):34－35.

［2］靳志剛，左德中.大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋合理邊中跨比研究.交通科技，2010，(3):77－79.

［3］王立峰，孫勇，王子強.結(jié)構(gòu)參數(shù)對剛構(gòu)——連續(xù)組合梁橋動力特性的影響分析.東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010，(6):54－57