不等跨連續(xù)梁橋設計及技術要點

謝居靜，吳合良，范勝通

（1.湖南中大設計院有限公司,湖南長沙410075;2.湖南省高速公路管理局,湖南長沙414000;3.中交第二公路工程局有限公司，陜西西安710065）

不等跨連續(xù)梁橋設計及技術要點

謝居靜1，吳合良2，范勝通3

（1.湖南中大設計院有限公司,湖南長沙410075;2.湖南省高速公路管理局,湖南長沙414000;3.中交第二公路工程局有限公司，陜西西安710065）

三角塘滬昆鐵路跨線橋全長660 m，其中第4聯(lián)主橋為三跨預應力混凝土連續(xù)梁橋結構，采用掛籃懸臂澆筑法施工上跨韶山灌渠。運用有限元軟件對其連續(xù)梁橋進行計算，分析不等跨連續(xù)梁結構受力特點，得出幾點結論，可用以指導不等跨連續(xù)梁橋結構的施工圖設計。

連續(xù)梁；懸臂澆筑；不等跨；結構設計

0 引言

連續(xù)梁橋以其結構穩(wěn)定性好、行車舒適度高以及施工的便捷性、復雜環(huán)境條件的適應性等優(yōu)點，在國內得到很大發(fā)展[1]。中等跨徑連續(xù)梁通常采用掛籃懸臂施工，變高度連續(xù)箱梁橋一般邊中跨比為0.5～0.6[2]。本文以三角塘滬昆鐵路跨線橋為工程背景，考慮各種不利作用影響，對不等跨連續(xù)梁橋結構受力特點進行分析研究。

1 工程概況

三角塘滬昆鐵路跨線橋為湘鄉(xiāng)市紅侖大道二期工程項目中的一座大橋，連接省道S312與國道G320兩條干線公路，全長660 m。橋梁設計為跨滬昆鐵路正交正做，跨韶山灌渠孔斜交正做錯墩布置，其余各孔正交正做，其主橋跨越韶山灌渠，采用左幅40 m+70 m+53 m、右幅53 m+70 m+40 m三跨預應力混凝土連續(xù)梁，如圖1所示。

圖1 主橋橋型布置圖（單位：cm）

上部結構為預應力混凝土單箱雙室變截面箱梁，下部結構主墩、過渡墩墩身為柱式墩。橋面為雙幅分離式，全寬37.0 m。設計荷載為公路-Ⅰ級；橋梁抗震設防措施等級為7度[3]。

2 橋梁設計

2.1 計算依據(jù)的設計技術標準

（1）設計荷載。汽車荷載：公路-Ⅰ級，按城-A級校核；人群荷載：3.5 kPa。

（2）主橋寬度。2.25 m（人行道）+2.5 m(非機動車道）+0.5 m（防撞護欄）+13 m（機動車道）+0.5 m（中央護欄）+13 m（機動車道）+0.5 m（防撞護欄）+2.5 m(非機動車道）+2.25 m（人行道）=37 m。

（3）地震動參數(shù)。地震動峰值加速度小于0.05 g，地震動反應譜特征周期0.35 s。

2.2 主橋計算模型

（1）箱梁構造特點。箱梁采用C50混凝土，半幅橋寬18.49 m，采用單箱雙室斷面，箱寬11.5 m，兩側懸臂翼緣板寬3.495 m，如圖2所示。

圖2 主橋橫斷面（單位：cm）

箱梁根部梁高H根=4.3 m，跨中及邊跨端部梁高H中=2.3 m，梁高變化采用2次拋物線，H根/L=1/16.279，H中/L=1/30.435。箱梁腹板厚度0#塊采用70 cm，1#至6#梁段采用70 cm，7#梁段為過渡段，8#梁段采用50 cm。箱梁底板厚度變化采用二次拋物線，由根部厚60 cm漸變到跨中28 cm。主梁頂板厚度均采用28 cm。頂板1.5%橫坡由腹板變化高度形成，底板保持水平。

（2）預應力體系及鋼束布設。箱梁采用縱向、橫向和豎向三向預應力體系?？v向鋼筋束采用15、12及10束Φs15.2高強低松弛鋼絞線。鋼絞線抗拉強度標準值fpk＝1860 MPa，均采用兩端張拉。預應力管道均采用內徑為90 mm塑料波紋管，真空壓漿工藝灌漿。頂板橫向預應力鋼束采用3股Φs15.2高強低松弛鋼絞線，間距50 cm，鋼絞線抗拉強度標準值fpk＝1860 MPa，均采用交錯單端張拉。預應力管道采用配套扁形塑料波紋管60 mm×22 mm，真空壓漿工藝灌漿。豎向預應力采用精軋螺紋鋼筋，布置于腹板內。每一梁段三向預應力張拉順序為：縱向→豎向→橫向。

（3）箱梁施工步驟及體系轉換。主橋采用懸臂澆筑法施工，懸臂共分9節(jié)段：0號塊縱向長10 m，1～6號塊塊長3.5 m，7～8號塊塊長4.0 m。0號塊采用墩旁支架現(xiàn)澆；1～8號塊采用掛籃懸臂對稱澆筑；9號塊為邊跨現(xiàn)澆段，采用支架施工；10號塊為合攏段，長2 m，采用吊籃施工。上部結構的施工順序為：先掛籃對稱施工各梁段及現(xiàn)澆邊跨現(xiàn)澆段；邊跨合龍后，拆除邊跨現(xiàn)澆支架以及主墩處臨時固結，完成結構體系轉換；最后中跨合龍。

（4）模型簡介。本橋為三跨連續(xù)梁結構，主跨70 m，而邊跨分別為40 m和53 m，邊跨不等，箱梁縱向計算采用有限元軟件Midas Ci vi l進行計算，主梁采用桿系變截面梁單元模擬，模型共分73個單元，93個節(jié)點，4個永久支撐元，如圖3所示。

圖3 計算模型

2.3 荷載

（1）一期恒載。容重r=26 kN/m3。（2）二期恒載。合計112.1 kN/m。

（3）活載。汽車荷載類別：公路-Ⅰ級，按城-A級校核;人群荷載：3.5 kPa;車道數(shù)：3個;橫橋向車道折減及偏載系數(shù)：3×0.78×1.3=3.042;沖擊系數(shù)：0.0843。

（4）溫度。整體升降溫±20℃；梯度升溫：T1=14℃,T2=5.5℃，梯度降溫為梯度升溫的-0.5倍。

（5）支點不均勻沉降。按10 mm計算。

2.4 計算結果分析

（1）連續(xù)梁橋豎向自振頻率為1.761 H z。按《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTG D60—2015）[4]中公式4.3.2計算得主橋結構汽車沖擊系數(shù)μ=1.084，如圖4所示。

圖4 豎向一階振型

（2）連續(xù)梁各截面在汽車荷載作用下的內力值見表1。

表1 汽車荷載作用下各截面彎矩內力值

從表1可以看出不等跨連續(xù)梁在53 m邊跨跨中截面最大彎矩20272 kN·m＞70 m中跨跨中截面最大彎矩18651 kN·m＞40 m邊跨跨中截面最大彎矩16446 kN·m。因此，可得出結論：邊中跨比值越大，汽車、人群等活載的正彎矩內力值相應地越大；反之，邊中跨比值越小，汽車、人群等活載的正彎矩內力值相應地越小。

（3）主橋半幅橋面為18.49 m。采用單箱三室將增加上部結構的自重，同時增大上下部結構的投資，故最終確定主橋箱梁采用單箱雙室直腹截面。箱梁腹板尺寸初設擬定為跨中處45 cm，支點處65 cm。經(jīng)驗算，主橋在近中支點附近部分斜截面主拉應力較大，部分截面位置主拉應力驗算不滿足正常使用要求?？紤]到主橋半幅橋面較寬，自重、汽車荷載較大，重新設計箱梁腹板尺寸擬定為跨中處50 cm，支點處70 cm。經(jīng)驗算，主橋各截面主拉應力驗算均滿足要求。

（4）按《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTG D62—2004）[5]第5.1.5條規(guī)定的正截面抗彎承載力進行強度驗算。箱梁70 m主跨跨中基本組合下彎矩118994.4 kN·m≤151943.8 kN·m，40 m邊跨跨中基本組合下彎矩43282.0 kN·m≤76139.8 kN·m，53 m邊跨跨中基本組合下彎矩121840.3 kN·m≤158370.6 kN·m，結構重要性系數(shù)×作用效應的組合設計最大值均小于等于構件承載力設計值，滿足承載能力要求。

（5）主橋模型按A類預應力構件進行驗算。短期組合下53 m邊跨端部上緣最小壓力為0.22 MPa（壓）（梁端除外），40 m邊跨跨中下緣最小壓力為0.61 MPa（壓）（梁端除外）；長期組合下53 m邊跨端部上緣最小壓力為1.58 MPa（壓）（梁端除外），40 m邊跨跨中下緣最小壓力為2.35 MPa（壓）（梁端除外）；作用短期效應組合下σst－σpc≤0.7 ftk=1.855 MPa（拉），滿足規(guī)范要求。斜截面抗裂主拉應力最大為σtp=0.97 MPa＜0.5 ftk=1.325 MPa（梁端無預應力束通過，除外），滿足正常使用要求。在消除結構自重產(chǎn)生的長期撓度后主梁70 m主跨最大撓度為20.5 mm≤l/600=116.7 mm，結構剛度滿足規(guī)范規(guī)定。

3 結語

（1）中等跨徑預應力連續(xù)梁采用懸臂施工,變高度連續(xù)梁橋一般邊中跨比為0.5～0.6。該橋由于受灌渠場地限制影響而采用不等跨連續(xù)梁，其中53 m邊跨的邊中跨比達到0.757，其跨中基本組合下彎矩值達到121840.3 kN·m。因此設計時需增加53 m邊跨頂?shù)装孱A應力鋼筋束數(shù)來提高箱梁抗彎承載力。

（2）因橋面寬度較寬，箱梁采用單箱雙室截面時，箱梁腹板尺寸應相應地進行調整，以保證主橋截面斜截面抗裂性滿足正常使用要求。

[1] 范立礎.預應力混凝土連續(xù)梁橋[M].北京：人民交通出版社，2001．

[2] 徐岳.連續(xù)梁橋[M].北京：人民交通出版社，2012．

[3] JTG/T B02—010－2008，公路橋梁抗震設計細則[S].

[4] JTG D60－2015，公路橋涵設計通用規(guī)范[S].

[5] JTG D62－2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S].

U448.21+5

B

1009-7716（2017）11-0078-03

2017-07-21

謝居靜(1984-)，男，湖南株洲人，碩士，工程師，從事路橋設計工作。

10.16799/j.cnki.csdqyf h.2017.11.022