平武樞紐D匝道1號橋鋼混組合梁變更現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力箱梁方案設(shè)計

關(guān)鍵詞： 平武樞紐D 匝道 1 號橋鋼混組合梁 方案設(shè)計 承載力驗算

中圖分類號： U445.1 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1672-3791（2023）16-0138-04

現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力箱梁的實施對九綿高速公路影響較大，施工方必須做好詳細的施工組織措施，并與相關(guān)單位及時協(xié)調(diào)溝通，并取得相應(yīng)書面文件。施工時必須設(shè)置警示牌等，做好安全工作，保證交通安全、施工安全、人員安全等，不得違規(guī)操作。若施工過程中對九綿高速公路造成了破壞，施工完成后需對造成的破壞做好恢復(fù)工作。

1 項目概況

廣元至平武高速公路DK0+277.82 平武樞紐D 匝道1 號橋原設(shè)計第三聯(lián)跨越九綿高速和B 匝道，上部結(jié)構(gòu)采用鋼混組合梁，跨徑組合（2×36）m，下部結(jié)構(gòu)采用樁柱式墩，重力式U 臺，11 號橋臺、9～10 號橋墩徑向布置[1]。平面位于曲線半徑（R）為50 m 左偏圓曲線及其緩和曲線上，縱斷面位于i₁=3.98%、i₂=-3.98%、R=1 100 m 的凸形豎曲線上。DK0+2777.82 平武樞紐D 匝道1 號橋第三聯(lián)（2×36）m 鋼箱梁采用單箱雙室全焊鋼箱梁，設(shè)3 道縱腹板[2]。箱梁標(biāo)準(zhǔn)梁高1.8 m（內(nèi)輪廓，路線設(shè)計線處），鋼箱梁頂板全寬9～8.695 m，底板寬6～5.695 m，兩側(cè)懸臂長1.5 m，行車道內(nèi)、外側(cè)設(shè)0.5 m 寬防撞護欄。橋面設(shè)單向橫坡，橋面橫坡由鋼箱梁腹板不等高形成[3]。

2 變更設(shè)計方案

2.1 現(xiàn)場實際情況

該項目計劃2022 年正式通車，九綿高速該段計劃2023 年正式通車，現(xiàn)在該橋上跨九綿高速段路基施工完畢，路面尚未施工，地勢較平坦，支架搭設(shè)方便。近期受市場行情影響，鋼材價格大幅度上漲，同時原設(shè)計平武樞紐14 聯(lián)現(xiàn)澆箱梁正在施工，有充足的設(shè)備、材料可以重復(fù)利用，與原設(shè)計鋼混組合梁相比，施工便捷且可降低工程造價。鑒于以上幾點，將第三聯(lián)兩跨鋼混組合梁優(yōu)化為現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力箱梁基本合理。施工現(xiàn)場情況如圖1 所示。

橋墩樁基已經(jīng)按原設(shè)計完成施工，橋臺已澆筑了部分臺身；除10號橋墩樁基需要報廢、伸入承臺部分需要鑿除外其余無報廢工程上部結(jié)構(gòu)采用36.2 m+36 m 跨徑現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，路線位于R=50 m 平面上。箱梁梁高為2.2 m（路線設(shè)計線處），頂板寬度為9.0 m，底板寬度為6.0 m，兩側(cè)懸臂長度均為1.5 m，端橫梁寬度為2.0 m，中橫梁寬度為2.5 m，每跨設(shè)置2 道橫隔板。箱梁標(biāo)準(zhǔn)斷面腹板寬度為60 cm，頂?shù)装搴穸葹?5 cm。過渡段為4 m，腹板由60 cm 變厚至70 cm。頂?shù)装逵?5 cm 變厚至50 cm[4]。每個腹板內(nèi)設(shè)置彎起束3 根，其中內(nèi)側(cè)腹板鋼束型號為16-15.2、中腹板及外側(cè)腹板鋼束型號為18-15.2 預(yù)應(yīng)力鋼絞線。每個腹板頂部各設(shè)置4根通長束，規(guī)格為9-15.2預(yù)應(yīng)力鋼絞線。箱梁縱向主筋采用32HRB400具體布置形式，標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖2 所示[5]。

2.2 腹板預(yù)應(yīng)力徑向力承載力驗算

中腹板及外邊腹板采用18-15.2 的鋼絞線，曲線內(nèi)側(cè)腹板采用16-15.2 鋼絞線，中腹板對應(yīng)的曲線半徑（R）為50 m，因此中腹板為鋼絞線預(yù)應(yīng)力最不利腹板。

徑向力計算：

q = P／R

其中，P=2502×1395/1000=3490.29 kN，R=50 m，q=3490.29/50=69.80 kN/m。

腹板尺寸：h=60 cm，l=220 cm，取10 m 長計算。徑向力按線荷載加載。計算模型具體見圖3。

根據(jù)彎矩結(jié)果配筋，單層14@100 可滿足裂縫寬度寬度為0.012 mm。目前，施工圖設(shè)計采用箍筋為每個腹板四肢箍20@100，滿足規(guī)范要求。

2.3 計算模型

2.3.1 主要材料與材料性能

（1）混凝土。11 橋臺仍然采用重力式橋臺，由于現(xiàn)場橋臺基礎(chǔ)已完成施工，臺身除預(yù)留部分外已完成，僅對臺身與臺帽背墻進行調(diào)整。中墩采用墩梁固結(jié)，通過建立橋墩實際模型，模擬橋墩剛度。該模型結(jié)果驗算按部分預(yù)應(yīng)力（A 類）混凝土結(jié)構(gòu)進行驗算。在混凝土的材料性能中，性能數(shù)據(jù)詳見表1。

（2）預(yù)應(yīng)力鋼束。下部結(jié)構(gòu)9號墩采用樁柱式墩，利用已施工完成的樁基礎(chǔ)，調(diào)整墩柱長度和蓋梁尺寸；在預(yù)應(yīng)力鋼束性能中，性能數(shù)據(jù)如表2 所示。

（3）普通鋼筋。10 號墩由于樁基已按原設(shè)計完成施工（系梁未施工），上部結(jié)構(gòu)由鋼混組合梁變更為現(xiàn)澆梁后恒載增加，導(dǎo)致原樁基承載力不滿足要求，因此廢除原樁基采用群樁基礎(chǔ)加承臺和墩柱，該墩采用墩梁固結(jié)[6]；在普通鋼筋性能中，性能數(shù)據(jù)如表3 所示。

2.3.2 計算模型

（1）支座沉降。按照每個地基與基礎(chǔ)的最大沉降量的最不利的荷載組合進行計算。第支承1 組不均勻沉降-0.5 mm；第支承3 組不均勻沉降-0.5 mm；第支承2 組不均勻沉降-0.5 mm。

（2）支反力計算表。支反力計算表格數(shù)據(jù)見表4。

（3）承載力能力極限狀態(tài)。①正截面抗彎驗算。

按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（以下簡稱新《橋規(guī)》）5.2.2 條驗算：結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)×作用效應(yīng)的組合設(shè)計最大值≤構(gòu)件承載力設(shè)計值，滿足規(guī)范要求。②斜截面抗剪驗算。按照新《橋規(guī)》5.2.7 條驗算：結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)×作用效應(yīng)的組合設(shè)計最大值≤構(gòu)件承載力設(shè)計值[7]，滿足規(guī)范要求。

參考Midas 計算結(jié)果，該橋抗彎承載力不起控制作用。箱梁正截面頂?shù)装蹇沽褳橹饕刂埔蛩豙8]。在預(yù)應(yīng)力與恒載作用下，墩頂板處最大壓應(yīng)力為2.37 MPa，最小壓應(yīng)力為0.32 MPa，基本受壓均勻。正常使用極限狀態(tài)頻遇組合邊孔跨中梁底位置處最小壓應(yīng)力為0.06 MPa，滿足要求。

承載能力極限狀態(tài)下邊墩處支座徑向力最大約為605 kN，支座豎向反力約為3 870 kN。預(yù)應(yīng)力作用下單孔跨中位置處腹板外側(cè)第一主應(yīng)力約為0.669 MPa（最大拉應(yīng)力）。預(yù)應(yīng)力+恒載+降溫梯度作用下單孔跨中位置處腹板外側(cè)第一主應(yīng)力約為1.2 MPa（最大拉應(yīng)力）。

中墩截面頂部與邊孔跨中位置頂、底正截面抗裂驗算滿足要求。通過縱向預(yù)應(yīng)力筋橫向布置的調(diào)整，梁體內(nèi)外側(cè)在預(yù)應(yīng)力、恒載作用下，基本受壓均勻。邊墩支座徑向力較大，其豎向支反力存在一定差距。

MIDAS 與ANSYS 主要計算結(jié)果對比詳見表5。結(jié)論：根據(jù)計算結(jié)果，腹板外側(cè)的拉應(yīng)力滿足要求。

2.4 變更方案采取的措施

（1）由于墩柱樁基已經(jīng)施工，為降低恒載對交界墩（9 號墩）的偏壓，采取加寬蓋梁、縮短第二聯(lián)第五跨跨徑而加大第三聯(lián)第一跨跨徑，即第二聯(lián)第五跨跨徑變?yōu)?8.20 m、第三聯(lián)第一跨跨徑變?yōu)?6.20 m。

（2）由于變更為現(xiàn)澆梁梁體荷載加大，原樁基摩擦樁承載力已不滿足變更設(shè)計的要求，施工單位注漿加固工藝不能滿足要求，采取了樁基加承臺。

（3）為解決抗傾覆問題中墩采取了墩梁固結(jié)、加大現(xiàn)澆連續(xù)梁兩端支點間的距離同時交界墩蓋梁加長。

3 結(jié)語

根據(jù)計算結(jié)果，腹板外側(cè)的拉應(yīng)力滿足要求。中墩截面頂部與邊孔跨中位置頂、底正截面抗裂驗算滿足要求。通過縱向預(yù)應(yīng)力筋橫向布置的調(diào)整，梁體內(nèi)外側(cè)在預(yù)應(yīng)力+恒載作用下基本受壓均勻。邊墩支座徑向力較大，其豎向支反力存在一定差距。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，該聯(lián)采用混凝土現(xiàn)澆梁方案，可以較方便的在已經(jīng)施工完成的挖方路基上搭設(shè)支架，與原設(shè)計鋼混組合梁相比，施工更便捷且可較大幅度降低工程造價。雖然該聯(lián)平曲線半徑較小，但可通過結(jié)構(gòu)和構(gòu)造措施克服其不利影響，該變更方案合理可行。