成都二環(huán)路主線門型橋墩的設(shè)計理念與思路

顧　濤, 劉全孟

(中國華西工程設(shè)計建設(shè)有限公司， 四川成都 610031)

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成都二環(huán)路主線門型橋墩的設(shè)計理念與思路

顧濤, 劉全孟

(中國華西工程設(shè)計建設(shè)有限公司， 四川成都 610031)

【摘要】文章以實例成都市二環(huán)路高架橋東三標(biāo)10#～22#墩門型橋墩蓋梁采用midas civil軟件進(jìn)行計算，并對該類型橋墩蓋梁設(shè)計情況進(jìn)行詳細(xì)分析，以供該類橋墩蓋梁設(shè)計參考。

【關(guān)鍵詞】門型橋墩；蓋梁；預(yù)應(yīng)力；計算分析

門型橋墩具有造型簡單、外形美觀、橋下通行空間寬敞、視野通透、不影響橋下行車的優(yōu)點。成都市二環(huán)路高架橋東三標(biāo)10#～22#墩在設(shè)計修建時，為了滿足中間G匝道橋落地的要求，以及為了橋梁結(jié)構(gòu)與周圍環(huán)境在空間上更好的融合在一起，且考慮到周圍地形和地物的限制，在遵循安全、適用、經(jīng)濟(jì)和美觀的原則下，經(jīng)過比較、分析，最終選用門型橋墩。

本文主要是從門型橋墩預(yù)應(yīng)力蓋梁的計算過程及計算結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)的分析和探討，以供廣大同仁參考和借鑒。

1工程概況

成都市二環(huán)路高架橋東三標(biāo)10#～22#墩全部采用門型橋墩。由于在該段有C匝道、D匝道、E匝道、G匝道、I匝道、

門匝道與主線的交匯，橋面寬度大部分都是變化的。上部結(jié)構(gòu)以簡支小箱梁為主，在14#～27#墩采用鋼結(jié)構(gòu)連續(xù)梁，在橋面寬度變化較快的孔跨的外側(cè)邊梁采用現(xiàn)澆簡支梁的結(jié)構(gòu)。橋墩的截面均為矩形截面，基礎(chǔ)形式均為摩擦型的圓形截面樁基。

由于10#～22#墩共有13個，并且類型一樣，受力形式、構(gòu)造都差不多，于是選取其中最有代表性10#墩和18#墩進(jìn)行計算分析。

1.1結(jié)構(gòu)尺寸

10#墩和18#墩蓋梁寬度都為2.4 m，兩橋墩的縱向?qū)挾染鶠?.8 m，其構(gòu)造如圖1、圖2所示。

(a)10#墩立面　　　　　　　　　　　　　　　　　(b)左墩側(cè)面　　　　　　(c)右墩側(cè)面圖1　10#墩構(gòu)造(單位：cm)

(a)18#墩立面　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(b)左墩側(cè)面　　　　　　(c)右墩側(cè)面圖2　18#墩構(gòu)造(單位：cm)

1.2主要材料

蓋梁和橋墩用C40混凝土，承臺和樁基采用C30混凝土，鋼絞線為低松弛高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絞線，單根鋼絞線直徑d=15.2 mm，鋼絞線面積A=139 mm2，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1 860 MPa，彈性模量Ep=1.95×105。

2計算模型的建立

該門型橋墩蓋梁采用midas civil 2012軟件進(jìn)行計算分析，運(yùn)用空間桿系理論對結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬。

為準(zhǔn)確模擬墩柱、樁基對蓋梁結(jié)構(gòu)受力的影響，模型都按照實際的墩高和樁長建模，用m法模擬樁土的的相互作用。模型中蓋梁和墩的連接只用了一個彈性支承的剛接模擬，即偏安全地只用了一個點支承；而實際橋墩對蓋梁的支承為墩的橫向?qū)挾龋@樣會對蓋梁在墩部的彎矩有一定的消峰。10#墩、18#墩計算模型見圖3、圖4。

圖3　10#墩計算模型

圖4　18#墩計算模型

蓋梁受到的荷載包括：

(1) 恒載。恒載包括結(jié)構(gòu)本身的自重、上部梁體的自重、二期鋪裝防撞墻的自重，這些恒載轉(zhuǎn)換成集中力通過支座傳遞到蓋梁(10#墩的墊梁以均布荷載的形式加到蓋梁上)。

(2) 活載。公路I級，車道活載在程序中利用midas的恒載移動荷載加載的功能實現(xiàn)。

(3) 溫度力。均勻溫度±20℃。由于均勻溫度會使橋墩產(chǎn)生較大的橫向力，使得蓋梁和墩柱均產(chǎn)生較大的彎矩，故墩柱和蓋梁均要準(zhǔn)確加載均勻溫度力。

(4) 縱向水平力。一般情況下引起蓋梁扭矩效應(yīng)很小，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中構(gòu)造配筋即可滿足規(guī)范要求，故在蓋梁設(shè)計中不考慮縱向水平力(即不考慮制動力、縱向風(fēng)力)。

3蓋梁的配束和施工階段的劃分

3.1蓋梁的配束

由于二環(huán)路高架橋的施工工期非常短，所以蓋梁配束的思路是在滿足規(guī)范要求的前提下，架梁的先后順序不影響鋼束的張拉，故鋼束能夠一階段張拉完成。這樣配束雖然會浪費部分的鋼束，卻減少了施工工序，顯著加快了施工進(jìn)度，減少對地面交通的干擾，也避免了由于施工的不當(dāng)影響結(jié)構(gòu)的安全。蓋梁配束如圖5所示。

3.2施工階段的劃分

施工階段劃分見表1、表2。

表1　10#墩施工順序

4蓋梁計算結(jié)果分析

蓋梁計算時，10#墩控制截面主要是蓋梁跨中截面抗正

(a)10#墩蓋梁鋼束立面

(b)18#墩蓋梁鋼束立面圖5　10#墩、18#墩蓋梁預(yù)應(yīng)力鋼束布置

施工步驟施工內(nèi)容1樁基、承臺、G匝道橫梁以下墩身、G匝道橫梁施工,并張拉橫梁預(yù)應(yīng)力2G匝道橫梁以上墩身、主線蓋梁施工并張拉主線蓋梁預(yù)應(yīng)力3架設(shè)主梁及施工二期4收縮徐變3650d

彎矩，蓋梁墩頂截面抗負(fù)彎矩和剪力；18#墩控制截面主要是中間G匝道橫梁跨中截面抗正彎矩，左右墩頂?shù)纳w梁截面抗負(fù)彎矩和剪力。蓋梁按A類預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計。

4.110#墩蓋梁和18#蓋梁應(yīng)力計算結(jié)果

應(yīng)力計算結(jié)果見表3、表4。

表3　10#墩蓋梁應(yīng)力　MPa

表4　18#墩蓋梁應(yīng)力　MPa

4.210#墩蓋梁和18#蓋梁強(qiáng)度計算結(jié)果

強(qiáng)度計算結(jié)果見表5、表6。

表5　10#墩蓋梁強(qiáng)度

表6　18#墩蓋梁強(qiáng)度

在驗算蓋梁抗彎強(qiáng)度的時候，由于結(jié)構(gòu)為超靜定體系以及墩柱對蓋梁受力的影響，致使產(chǎn)生很大的鋼束次內(nèi)力，在滿足強(qiáng)度要求為了盡量將鋼束次內(nèi)力降至最低，鋼束的型號應(yīng)盡可能小。為了實現(xiàn)這一目的，在滿足A類預(yù)應(yīng)力設(shè)計要求的前提下，蓋梁的抗彎承載力計算加入了普通鋼筋對承載能力的貢獻(xiàn)。即在蓋梁的跨中配置兩層型號為H RB335直徑為28 mm的鋼筋，根數(shù)是2層各15根。

5預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的墩柱裂縫控制

由于蓋梁與墩柱存在超靜定約束，在張拉蓋梁兩端預(yù)應(yīng)力的時候會使墩柱向內(nèi)側(cè)偏移，從而引起墩柱的外側(cè)受拉，故在墩柱與蓋梁相接的外側(cè)會產(chǎn)生較大的裂縫。由于預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的墩柱裂縫并非將墩的橫向?qū)挾茸龅脑綄捲桨踩喾炊罩跈M橋向越窄會使得柔度越大，使得墩上下緣的裂縫更趨于平衡。在滿足受力和美觀要求下，10#墩和18#墩的橫向?qū)挾染龀?.5 m。

現(xiàn)以18#墩中間G匝道橫梁鋼束對墩柱影響為例。G匝道以下墩柱在短期作用下的彎矩包絡(luò)圖見圖6。

在外側(cè)配置兩層型號為H RB400直徑為28 mm的鋼筋，每一層鋼筋的根數(shù)為20根，計算出的最大裂縫為0.128 mm。

在張拉G匝道橫梁鋼束的時候，會在橫梁的梁端挖張拉槽口，這樣會截斷部分墩柱外側(cè)受力主筋，為了將槽口對墩柱的影響減到更小，鋼束采用單端交錯張拉，從而減少單側(cè)墩柱的槽口開挖數(shù)量，并且在槽口下布置加強(qiáng)鋼筋(圖7)。

6結(jié)束語

從以上的計算結(jié)果可知，恒載是蓋梁的主要荷載。在這種門型超靜定結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的二次力對承載能力的影響是一個非常重要的因素，在以后的設(shè)計中如何減少鋼束二

圖618#G匝道橫梁以下墩柱彎矩包絡(luò)圖

圖7　槽口下加強(qiáng)鋼筋布置示意

次力，從而使結(jié)構(gòu)更安全、更經(jīng)濟(jì)是一個重要的研究課題。蓋梁預(yù)應(yīng)力使墩柱橫向外側(cè)受更大的拉力在設(shè)計中也是一個不容忽視的問題。

參考文獻(xiàn)

[1]JTG D60-2004 公路橋涵通用設(shè)計規(guī)范[S].

[2]CCES 01-2004 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].

【中圖分類號】U443.22

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B

[定稿日期]2015-11-26