大跨徑V型墩連續剛構橋設計

曾天寶,張 琳

(1.南昌市城市規劃設計研究總院,江西南昌 330038;2.江西省交通科學研究院,江西南昌 330038)

大跨徑V型墩連續剛構橋設計

曾天寶1,張 琳2

(1.南昌市城市規劃設計研究總院,江西南昌 330038;2.江西省交通科學研究院,江西南昌 330038)

以某25 m+40 m+25 m V型墩剛構橋為工程背景,經多方面比較,選定V型墩連續剛構橋;初步對橋跨布置及結構尺寸進行擬定,通過驗算確定結構尺寸的合理性,有關經驗可供相關專業人員參考。

V型墩剛構橋;橋梁設計;結構分析

1 工程概況

本橋位于南昌市中心區,橫跨市區景觀湖——前湖,景觀要求較高。橋跨處湖寬約90 m,主橋擬采用25 m+40 m+25 m跨連續梁方案。效果圖見圖1。

圖1 V型墩連續剛構橋效果圖

1.1 橋式方案比選

根據本橋的具體地形、地質水文等實際情況及上下游已有橋梁,綜合考慮安全性、適用性、經濟性和造型美觀等要求,共擬定了三個方案:

方案一:25 m+40 m+25 m V型墩連續梁橋;

方案二:3×30 m預應力混凝土連續梁橋;

方案三:3×30 m預制小箱梁連續橋。

鋼筋混凝土V型墩連續梁橋的優點:

(1)橋梁采用三跨變截面連續剛構橋,結構整體剛度大、穩定性好、養護簡便。

(2)橋型布置下部橋墩為V型墩,上部為變截面箱梁結構,結構整體美觀,富有變化,能融入周圍環境,并為之增色。

(3)橋跨25 m+40 m+25 m,橋中跨為40 m,跨徑在同類普通鋼筋混凝土結構中表現比較突出,同時有效節省了造價,并降低施工難度。

(4)V形支撐可以有效減少計算跨度,降低主梁彎矩,同時有效地避兔處于負彎矩區的橋面板開裂。

(5)橋梁橋墩墩身橫向為鏤空設計,使結構在滿足安全和使用功能情況下,更顯輕巧;同時節約造價。

1.2 技術標準

荷載標準:城-A級;人群:3 kN/m2。

1.3 橋梁結構設計

(1)橫向布置

橋橫斷面:3 m(人行道)+13 m(機動車道)+13 m (機動車道)+3 m(人行道)=32 m。

(2)上部結構

本橋為三跨變截面連續剛構橋,跨徑為25 m+ 40 m+25 m,橋總長90 m,見圖2。上部結構單幅結構,邊跨端部和中跨跨中梁高1.8 m,橋墩處梁高2.5 m,頂板厚25 cm,底板厚22 cm,腹板厚45 cm;箱梁兩側懸臂長3.0 m。邊橫梁寬1.5 m,中橫梁寬2.0 m。橋梁縱坡為1.695%;橋面橫坡為機動車道坡度2%,人行道坡度為1%。平面圓弧半徑R=505 m。

圖2 V型墩連續剛構橋橋型布置圖(單位:cm)

(3)V墩結構

V型墩構造見圖3,斜腿與水平面的夾角為50°,斜腿厚100 cm,兩斜腿下端相交處設置1 m的圓弧,上端與主梁橫梁相接,橫梁高2.5 m,寬2 m。主梁在兩斜腿之間設16 m圓弧,跨中處梁高為1.8 m。

(4)下部結構

下部橋臺為樁接蓋梁,樁徑為1.2 m;橋墩為樁接承臺結構,墩身寬2.0 m,承臺高1.5 m,樁徑為1.2 m。樁基為鉆孔灌注樁,均采用端承樁。

圖3 V型一般構造圖

2 計算分析

2.1 計算模型

本文靜力分析程序采用MIDAS CIVIL2012進行計算,計算模型見圖4。

本橋計算模型共采有381個節點,236個梁單元,4邊界條件。分3個施工階段進行分析:整體現澆階段、二期恒載及運營階段。

圖4 V型墩連續剛構橋計算模型圖

2.2 計算荷載

結構自重:26 kN/m3;

汽車活載:城市—A級;

人群荷載:3 kN/m2;

風荷載:50 a一遇設計基本風速27.2 m/s;

溫度荷載:溫度效應遵照《公路橋涵設計通用規范》;

支座不均勻沉降:1.0 cm。

2.3 計算參數的選取

計算參數的選取見表1。

表1 計算材料參數

2.4 計算結果分析

靜力計算結果見圖5～圖9。

圖5 支座反力圖(單位:kN)

圖6 1/2主梁軸力圖(單位:kN)

圖7 1/2主梁剪力圖(單位:kN)

圖8 1/2主梁彎矩圖(單位:kN·m)

圖9 主梁位移圖(單位:m)

3 結論

(1)V墩剛構橋外形美觀,為前湖景區風景增添亮點。本方案的實施也為其他景區的橋型選擇提供了參考。

(2)本計算結果顯示該橋最大軸力:主梁13 335 kN,斜腿37 420.5 kN。主梁最大剪力在中跨靠近斜腿處,數值為16 131.8 kN;斜腿最大反力在靠近主梁處,數值為3 384.7 kN。主梁最大彎矩在中跨靠近斜腿處,數值為84 342.5 kN·m,斜腿彎矩較小,最大值為9 817.5 kN·m。橋梁各部分結構尺寸選擇合理,各截面受力均能滿足規范要求。

(3)全橋結構受力較為合理,箱梁混凝土基本處于受壓狀態,達到了預期目的。

U448.23

B

1009-7716(2015)03-0046-03

2014-10-20

曾天寶(1984-),男,江西寧都人,工程師,從事道橋專業設計工作。