小跨径边续刚构桥设计及主体结构受力分析

维普资讯 http://www.cqvip.com 山西科技ＳＨＡＮＸＩ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　２ＯＯ７年第４期７月２０日出版　●应用技术　跨　瞳谚　构桥设针殷主（奉　构叠　分衍　曾　爱．　（贵州省交通规划勘察设计研究院）　摘要：文章以沪瑞国道主干线（贵州境）镇宁至胜境关公路第三十三合同段（老机场分离式　桥）ｌ９＋３２＋１９（ｍ）－￣应力变截面箱梁连续刚构桥为实例，计算分析小跨径连续刚构桥　在通长预应力钢束配置下的受力特点，为设计提供参考和借鉴。　关键词：连续刚构桥；变截面；通长配束　中图分类号：Ｕ４４１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００４—６４２９（２００７）０４—０１４５—０２　１工程概况　３．２主要材料　镇（镇宁）胜（胜境关）线属我国国家高速公路骨架沪（上　上部箱梁及主墩均采用Ｃ５０砼，容重２６ｋＮ／ｍ３，凝期７天。　海）瑞（瑞丽）国道主干线贵州境段，路总宽２４．５ｍ。根据桥位　上部箱梁结构按照现浇全预应力构件进行计算，下部桥墩按现　现场勘察，桥位处镇胜线与３２０国道线交叉，３２０国道设计标高　浇普通钢筋构件进行计算，预应力钢束采用国家标准１Ｘ７—　比主线设计标高高出１５．７４１ｍ，主线两岸地形相对开阔，为满　１５．０２—１８６０一ＧＢ／Ｔ５２２４—２００３高强低松弛２７０级钢绞线，单根　足高速公路设计规范和标准的要求，提高主线上车辆营运的视　钢绞线直径１５．２ｍｍ。张拉控制应力为０．７５ｉｔ，＝１　３９５ＭＰａ。全　觉通透性和舒适性，采用１９＋３２＋１９（ｍ）主跨一跨跨过主线的　桥共设钢束１０股，编号Ｎ１～Ｎ４，（Ｎ　为４股，Ｎ２～Ｎ４各为２　预应力变截面箱梁连续刚构桥作为该分离式桥桥型方案。采　股），在箱梁腹板上对称布置，编束规格Ｎ１、Ｎ３、Ｎ４为１５．２—１９，　用支架现浇施工工艺。　Ｎ’为１５．２—１６，张拉时采用张拉应力与张拉延伸量双控。桥　２桥型特点及设计标准　墩主筋在截面上下缘布置直径为２５ｍｍ的ＨＲＢ３３５钢筋４０根，　桥梁上部结构跨径为１９＋３２＋１９（ｒｎ）预应力连续刚构。　保护层厚６ｅｒａ。　箱梁采用单箱单室断面，主梁根部梁高为１．９ｍ，跨中梁高为　３．３施工阶段　１ｍ，梁高按二次抛物线方程变化，抛物线方程为Ｙ＝１＋（１．９—　ＳＴ１：搭设支架，现浇桥墩、箱梁混凝土用时２５天；ｓｒ２：张拉　１）／１５．４２×ｘ２（ｍ）。箱底宽为５ｍ，悬臂长为２．０３ｍ，悬臂端部厚　Ｎ１钢束，用时５天（同时考虑箱梁脱离支架）；ｓｒ３：张拉Ｎ２钢　０．２ｍ。根部厚０．４５ｍ，箱室顶板厚２５ｃｍ～３０ｃｍ，底板厚２０ｃｍ～　束，用时５天；ｓｒ４：张拉Ｎ３、Ｎ４钢束，用时５天；ｓｔ５：修建防撞护　５０ｃｍ，腹板厚５０ｃｍ。在端部腹板加宽以便锚固预应力钢束，墩　栏、桥面铺装及布设桥上水管（二期恒载加载）用时１５天；ＳＴ６：　顶段设倒角的形式，加大箱室壁厚尺寸，以抵抗墩顶梁段的抗　考虑混凝土收缩徐变时间为１０年。各施工阶段温度效应为平　剪能力，墩顶箱梁设实心横隔板，箱梁顶面和底面横向为水平　均温度２０℃，温升１０℃，温降１０℃。　面。箱梁按Ａ类预应力混凝土构件设计，每侧腹板设５根预应　３．４使用阶段　力钢束，通长贯穿全桥，锚固在箱梁端部；墩身按钢筋混凝土构　汽车荷载：公路一ＩＩ级，按２个车道加载，不均匀沉降按其　件设计。桥面宽度：桥梁宽９．０６ｍ，横向布置为０．３５ｍ管道平　中一个墩沉降０．００５ｍ考虑；非线性温度按规范ＪＴＧＤ６０—２００４　台＋０．４３ｍ防撞护栏＋７．５ｍ行车道＋０．４３撞护栏＋０．３５ｍ管　要求取值，温升：Ｔ１：１８．８￣Ｃ，Ｔ２＝６．４６￣Ｃ，Ｔ３：０￣Ｃ；温降：Ｔ１：　道平台。桥面横坡在桥面铺装中调整，桥面横坡为２％的双向　一９．４℃，Ｔ２：一３．２３ｏＣ，Ｔ３＝０￣Ｃ；冲击系数取０．０９７　５。　坡。设计荷载：汽车一２０级，挂一１００级。按新规范公路一ＩＩ　３．５荷载组合　级荷载进行计算。地震荷载不参与计算，在构造上采取防震措　根据规范ＪＴＧＤ６０—２０Ｏ４有关荷载组合要求，选取以下三　施。　种组合进行计算分析。　３结构计算　１）结构承载能力极限状态效应基本组合：　本桥采用桥梁博士３．０版结构计算软件计算，结构建模及　组合Ｉ：１．２（自重＋二期恒载）＋１．４汽车活载（计冲击力）　电算相关参数如下。　＋１．４整体升降温度（不利情况）。　３．１　单元划分　２）结构正常使用极限状态短期效应组合：　全桥共划分为１０５个单元，其中主梁单元７６个，墩身单元　组合ＩＩ：１．０（自重＋二期恒载）＋０．７汽车活载（不计冲击　２９个，墩身与基础联结采用在墩底固结方式进行模拟。　力）＋０．８温度梯度荷载（不利情况）＋１．０收缩效应。　３）结构正常使用极限状态长期效应组合：　作者简介：曾　爱，男，１９８０年３月出生，２００３年毕业于重　组合ＩＩＩ：１．０（自重＋二期恒载）＋０．４汽车活载（不计冲击　庆交通学院，助理工程师，５５０００１，贵州省贵阳市中山东路８０　力）＋０．８温度梯度荷载（不利情况）＋１．０收缩徐变＋１．０不均　号　匀沉降。　收稿日期＂－２００７—０４—０４　４结构计算结果及分析　・　１４５・　维普资讯 http://www.cqvip.com 山西科技ＳＨＡＮＸＩ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　２００７年第４期７月２０日出版　４．１承载能力极限状态　应力状况均满足规范要求。　根据计算结果比较分析，在荷载组合Ｉ状态下，结构上最　４．３结构在短暂状况效应作用下的分析　大弯矩及其抗力如表１：　根据计算结果知，在施工阶段结构的受力满足规范要求。　表ｌ承载能力极限状态下结构强度计算结果表　由于桥梁上部构造采用的是支架现浇施工工艺，且预应力钢束　（单位ｋＮ・ｍ。上缘受拉为负，下缘受拉为正）　采用的是通长束贯穿全箱梁布置的，有下弯钢束Ｎ　、　、Ｎ４，也　节点号　位置　最大弯矩　抗力弯矩　是否满足规范要求　有只在箱梁上缘贯穿的Ｎ２钢束，施工时必须在浇筑完箱梁后　９　边跨１／３Ｌ下缘　５　２２０　ｌ９　６０ｏ　Ｒ＞ｒｏＳ满足　混凝土强度达到８ｏ％以上才允许张拉预应力钢束，张拉钢束　２２　墩顶上缘　一ｌ８　６０ｏ　一５６　ｏ０ｏ　Ｒ＞ｒｏＳ满足　必须按照钢束编号顺序依次进行，张拉时在箱梁两端及横向对　３８　跨中下缘　８　６８０　２１　４００　Ｒ＞ｒｏＳ满足　称同时进行，才能保证施工时结构受力安全，预应力均为两端　根据计算结果输出的结构承载能力极限状态各种荷载组　张拉，采用张拉应力及引申量进行双控，孔道灌浆严格按照设　合下的弯矩包络图及各单元截面上的抗力值对比分析，箱梁及　计要求施工。　主墩在各种效应组合下均满足规范ｒｎＳ（效应）＜Ｒ（承载能力）　４．４钢束锚固区混凝土局部承压受力分析　的要求，在承载能力极限状态下结构是安全的。　由于箱梁钢束全部锚固在两端，因此锚固区砼的应力状态　４．２结构在正常使用极限状态短期效应组合及长期效应组合　比较复杂，因此采用有限元软件进行锚固区局部受力模拟分　下单元截面应力　析，分析结果表明锚固区局部承压满足规范要求（计算结果本　正常使用极限状态短期效应组合控制截面上最大正应力　文从略）。设计时按规范有关构造要求进行锚固区域布置，并　在墩顶上缘处为１１．０７　ＭＰａ，最小正应力在边跨１／３Ｌ处上缘为　作了锚下混凝土区域的局部加强设计。　０．７５　ＭＰａ；从计算结果知该状态下箱梁各截面均为受压状态，　５结论　且最大正应力小于０．　＝１６．２ＭＰａ，满足规范要求；正常使用　通过对该桥结构进行受力分析，结构受力满足规范要求，　极限状态长期效应组合控制截面上最大正应力在墩顶上缘处　１９＋３２＋１９（ｍ）连续刚构桥的通长配束设计合理，施工方便，桥　为１０．２　ＭＰａ，最小正应力在边跨１／３Ｌ处上缘为１．３ＭＰａ；从计　型结构轻盈美观。该桥现已建成通车，确保了主线高速公路的　算结果知该状态下箱梁各截面均为受压状态，且最大正应力小　施工顺利进行，取得了较好的社会经济效益。　于０．５ｆｃｋ＝１６．２ＭＰａ，满足规范要求；正常使用极限状态各效应　参考文献　组合最大主应力：在效应组合ＩＩＩ状态下中跨１／４Ｌ箱梁截面上　［１］叶见曙．结构设计原理［Ｍ］．北京：人民交通出版社，１９９８．　出现最大主压应力１１．６３　ＭＰａ，最大主压应力＜０．　＝　［２］邬晓光，邵新鹏，万振江．钢架桥［Ｍ］．北京：人民交通出　１９．４ＭＰａ，满足规范要求；在效应组合ＩＩ状态下墩顶箱梁根部截　版社．２００２．　面出现最大主拉应力一０．７　ＭＰａ，最大主拉应力绝对值＜０．４ｆｔｋ　［３］　范立础．桥梁工程［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００１．　＝１．０６　ＭＰａ，满足规范要求。　（校对：安平）　根据计算结果知，在正常使用极限状态下结构各单元截面　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｓｔｒｅｓｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｍａｉｎ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　Ｓｍａｌｌ——ｓｐａｎ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｒｉｇｉｄ——ｆｒａｍｅ　Ｂｒｉｄｇｅｓ　Ｚｅｎｇ　Ａｉ　ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ，ｔａｋｉｎｇ　ｔｈｅ　１９＋３２＋１９（ｍ）ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　ｖａｒｉａｂｌｅ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂｏｘ　ｂｅａｍｓ　ｏｆ　ｈｔｅ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｒｉｇｉｄ—ｆｒａｍｅ　ｂｒｉｄｇｅ　ｏｆ　ｈｔｅ　３３ｒｄ　ｐｈａｓｅ（ｏｌｄ—ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｂｒｉｄｇｅ）ｏｆ　ｔｈｅ　Ｚｈｅｎｎｉｎｇ　ｔｏ　Ｓｈｅｎｇ￣ｉｎｇｕａｎ　Ｒｏａｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｊｏｒ　ｂｒａｎｃｈ　ｏｆ　Ｈｕｒｕｉ　ｎａｔｉｏｎａｌ　ｈｉｇｈｗａｙ（ｉｎ　Ｇｕｉｚｈｏｕ）ａｓ　ｎａ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｃｏｍｐｕｔｅｓ　ａｎｄ　ｎａａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｉｔｃｓ　ｏｆ　ｓｍａｌｌ—ｓｐａｎ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｒｉｇｉｄ—ｆｒａｍｅ　ｂｒｉｄｇｅｓ　ｉｎ　ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　ｔｅｎｄｏｎ　ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ　ｍａｙ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ　ｆｏｒ　ｌａｔｅｒ　ｄｅｓｉｇｎ．　ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｒｉｇｉｄ—ｆｒａｍｅ　ｂｒｉｄｇｅ；ｖａｒｉｂａｌｅ　ｓｅｃｔｉｏｎ；ｔｅｎｄｏｎ　ａｌｌｃｏａｔｉｏｎ　・１４６・