大旺大橋施工與使用階段的計算與分析

占賢華

1 概述

本橋位于肇慶市大旺區,是大旺區連接廣州、佛山和肇慶市的重要通道,在原橋東西兩側各新建一座橋梁,新橋距離老橋3.6 m,橋長820.18 m,橋寬12 m,單向二車道,分為主橋和南北兩側引橋,其中主橋長180.56 m,跨徑布置為(55.28+80+45.28)m(見圖1),為三跨預應力連續剛構橋,墩頂梁高4.8 m,邊跨端部及中跨跨中梁高2.3 m,其間梁底下緣以二次拋物線變化,墩頂0號梁段長8.0 m,T構懸臂各分為10對梁段,懸臂現澆梁段分為3 m,3.5 m,4 m三種規格;下部結構采用雙薄壁橋墩,雙壁墩身間凈距3 m,壁厚1 m,墩寬6 m,主墩承臺厚3.5 m,平面尺寸8.0 m×12.0 m。基礎均采用雙排共6根φ 1.8 m鉆孔灌注樁,按樁底進入弱(中)風化巖3.5d確定樁長,通航等級為國家內河Ⅵ級航道。

2 有限元模型

本橋用有限元分析程序MIDAS/Civil 2010進行計算,主梁及橋墩采用梁單元,主梁和墩頂的約束關系通過彈性連接的剛性連接模擬,模型中暫未考慮樁土共同作用,直接在橋墩底部與承臺連接處固結。模型主要包括主梁、橋墩、預應力鋼束三部分,共有84個梁單元,190根預應力鋼束單元,91個節點;采用預應力混凝土掛籃懸臂現澆施工法,全橋總共劃分為14個施工階段,其中施工階段1～11分別為0號～10號節段塊施工階段,施工階段11為最大懸臂狀態,施工階段12為邊跨合龍階段,施工階段14為中跨合龍成橋階段,模型建立過程考慮了預應力鋼束的平彎和豎彎布置。

3 施工階段計算與分析

1)施工階段主梁應力分析。根據施工期間掛籃荷載、現澆節段重量以及節段加載時間順序進行計算,確定各施工階段內力,配置合理的箱梁頂板預應力鋼束,確定結構在施工過程的安全性和合理性至關重要,部分施工階段控制截面應力計算結果見表1。

表1中20號、21號桿件對應為0號塊,16號、25號桿件對應為2號塊,12號、29號桿件對應為6號塊,8號、33號桿件對應為10號塊;從表1可以看出,主梁幾個控制截面的上、下緣基本處于受壓狀態,主梁在施工階段最大壓應力為11.03 M Pa,最大拉應力為0.18 MPa,均滿足設計規范要求,說明本橋施工過程是安全的,節段劃分以及預應力鋼束布置是合理的。

表1 部分施工階段控制截面應力計算結果 MPa

2)施工階段應力云圖。部分施工階段應力云圖見圖2。

4 使用階段計算與分析

1)使用階段主梁應力分析。連續剛構為墩梁固結,屬于超靜定結構,因此橋墩及主梁對溫度變化,混凝土徐變收縮,預應力作用及基礎變位等因素產生的次內力比較敏感,在使用階段恒載、汽車、人群、溫度變化、收縮徐變、基礎變位作用組合下控制截面應力包絡值如表2所示。

表2 荷載組合下控制截面應力包絡值 MPa

表 2中上、下緣應力最大值所對應的組合為短期組合,上、下緣應力最小值所對應的組合為標準組合;可以看出,各控制截面應力都在規范允許范圍內。最大壓應力為14.13 MPa,對應截面為2號塊上緣截面;因左邊跨跨度較大,最大拉應力0.78 M Pa,出現在左邊跨合龍段下緣截面;在設計中考慮適當增加左邊跨底部預應力鋼束,改善結構左邊跨下緣受力。

2)使用階段橋墩底部豎向力分析。連續剛構對各種次內力比較敏感,各荷載工況單獨作用下,橋墩底部豎向力計算結果如表3所示。

表3 使用階段橋墩豎向力計算結果匯總 kN

由表3可以看出,基礎變位、溫度梯度升溫、體系降溫、汽車荷載、人群荷載、收縮、徐變均對外側橋墩有上拔力作用;基礎變位、溫度梯度降溫、體系升溫、汽車荷載以及人群荷載對內側橋墩有上拔力作用;經最不利荷載組合,外、內側橋墩均不出現上拔力,說明本橋橋墩均處于受壓狀態。

5 結語

1)本橋施工與使用階段,箱梁上、下緣應力均滿足設計規范要求,說明該橋施工階段劃分、截面選擇、預應力鋼束布置及跨徑布置是合理的。2)本橋施工與使用階段,外、內側橋墩均不出現上拔力,該橋橋位處適宜布設連續剛構橋。3)選擇合理的邊跨與主跨跨徑比,合理的橋墩高度與主跨跨徑比,均有利于改善剛構橋的墩梁剛度,有利于調節結構內力。

[1] 鄔小光,邵新鵬,萬振江.剛架橋[M].北京:人民交通出版社,2000.

[2] 馬保林.高墩大跨連續剛構橋[M].北京:人民交通出版社,2001.

[3] Prestressed Concrete Institute and Post-Tensioning Institute,PRECAST SEGM ENTAL BOX GIRDER BRIDGE MANUAL[M].Illinois,1978.

[4] JTG D60-2004,公路橋涵設計通用規范[S].

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