預(yù)應(yīng)力砼魚腹式連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)

【摘 要】 預(yù)應(yīng)力混凝土魚腹式連續(xù)梁橋造型美觀、受力合理。對(duì)景觀要求比較高的城市橋梁中，比較有競(jìng)爭(zhēng)力，因而在一些城市橋梁中已獲得廣泛應(yīng)用。本文以大連市勝利路拓寬改造工程跨解放路立交橋?yàn)槔榻B了以魚腹梁為上部結(jié)構(gòu)的城市連續(xù)梁橋的設(shè)計(jì)?？偨Y(jié)了連續(xù)剛構(gòu)、連續(xù)梁等結(jié)構(gòu)形式在不同荷載狀態(tài)下結(jié)構(gòu)應(yīng)力、變形等的要求。

【關(guān)鍵詞】 魚腹梁 連續(xù)梁 連續(xù)剛構(gòu) 曲線梁 橢圓形橋墩

1 工程概況

大連市勝利路拓寬改造工程跨解放路立交橋地處大連市的城市中心，在設(shè)計(jì)中本著安全、經(jīng)濟(jì)、美觀及適用的總體原則，在充分考慮了主體結(jié)構(gòu)安全、構(gòu)造合理、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)可行的前提下，著重強(qiáng)調(diào)橋梁景觀與城市景觀的完美結(jié)合，而且要以良好的景觀效果成為城市建設(shè)的一個(gè)亮點(diǎn)。因此，橋梁上、下部的結(jié)構(gòu)類型的選擇力求簡(jiǎn)潔，線條流暢，跨徑合理搭配，并輔以適當(dāng)?shù)恼彰?，以達(dá)到美觀的效果。本工程根據(jù)線路的總體要求，主線分為南、北兩幅，其中北主線共包括兩聯(lián)橋梁，第一聯(lián)跨度布置為：28.5 +29.0 + 30.5米；第二聯(lián)跨度布置為：29.5 +45.5 +30.0 + 27米（鋼主梁）。南主線包括三聯(lián)橋梁，跨度布置如下：28+28+ 26.5、27+34+23+27（鋼主梁）、3×23米。主線寬度12.8～17.7米寬，設(shè)計(jì)為單向三車道（見圖1）。

2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

本項(xiàng)目位于城市主干道上，設(shè)計(jì)車速為50公里每小時(shí)；橋梁平面上位于平曲線上，曲線加寬段和加減速車道重疊，橋面寬度為12.8～17.7米.單幅單向3車道：縱坡≤4%：橫坡3%，凈空高度≥5.5米；荷載等級(jí)為公路-I級(jí)，橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期100年，橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全等級(jí)為一級(jí)；抗震設(shè)防基本烈度7度。

3 橋梁主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主線預(yù)應(yīng)力混凝土主梁寬度變化范圍為12.8～14.83米，梁高為2.06米，梁頂為單向坡，主梁底板橫向外形為橢圓形，橢圓曲線的半長(zhǎng)軸為5.4m，半短軸2.0m，并在梁底設(shè)2～3.5米長(zhǎng)的直線段。箱梁頂板厚25cm，底板厚22cm，豎腹板厚45cm，在中支點(diǎn)附近，腹板加厚至60cm，頂板加厚至35cm，底板加厚至32cm。箱梁中橫梁寬2.0m，端橫梁1.5m，箱梁采用C50砼。主梁在半徑較小的曲線段需要桉規(guī)范要求加寬，并設(shè)置超高設(shè)置。根據(jù)線路縱斷的特點(diǎn)，對(duì)于橋墩比較高的位置，將橋梁設(shè)計(jì)為連續(xù)剛構(gòu)。將墩梁固結(jié)，不但可以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性，還可以大大的提高結(jié)構(gòu)的美觀效果。箱梁采用單向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，縱向預(yù)應(yīng)力采用s15.24高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fpk=1860 MPa（GB/T 5224-2003標(biāo)準(zhǔn)），預(yù)應(yīng)力錨具采用M15-19型和M15-7型，鋼束控制張拉應(yīng)力取用盯。=0.73 fpk，預(yù)應(yīng)力管道采用塑料波紋管，真空壓漿（見圖2）。

為了突出橋梁結(jié)構(gòu)的整體美觀效果，下部結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)為橢圓形截面，使之與主梁的橢圓形截面協(xié)調(diào)一致。主線橋墩采用橢圓形獨(dú)柱墩，橋墩截面橢圓尺寸分為四種情況：①主線墩梁固結(jié)墩截面的長(zhǎng)軸2.7m，短軸1.9m；②非固結(jié)墩截面長(zhǎng)軸3.2m，短軸2.2m；③匝道交接墩長(zhǎng)軸2.05m，短軸1.6m；④匝道墩梁固結(jié)橋墩長(zhǎng)軸2.05米，短軸1.4米。橢圓橋墩墩頂3m范圍橫向逐漸放大，以便于和主梁銜接或便于安放支座。工程所在位置的地質(zhì)條件較好，可以采用挖孔灌注樁。主線樁基礎(chǔ)為單根直徑3.0m挖孔灌注樁。墩樁之間設(shè)置圓形承臺(tái)，承臺(tái)高度為2.0米，承臺(tái)直徑為4.5米。匝道樁基礎(chǔ)采用直徑2.5米挖孔灌注樁。樁的施工方式橋臺(tái)為一字橋臺(tái)，基礎(chǔ)采用兩根挖孔灌注樁，橋臺(tái)后設(shè)置搭板。

4 結(jié)構(gòu)計(jì)算

本文以北線第二聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)結(jié)構(gòu)為例介紹橋梁的主要計(jì)算內(nèi)容。本橋所有曲線梁有限元模型均采用空間桿系單元進(jìn)行模擬，用有限元程序MIDAS建模計(jì)算，采用SAP2000軟件進(jìn)行校核。為使計(jì)算模型更接近實(shí)際結(jié)構(gòu)，單元離散度較密。墩梁固結(jié)與支座采用彈性連接模擬。

4.1 正常使用極限狀態(tài)應(yīng)力驗(yàn)算

經(jīng)計(jì)算，主橋混凝土正截面最大拉應(yīng)力、斜截面主拉應(yīng)力均滿足規(guī)范要求；斜截面混凝土最大拉應(yīng)力0.78 MPa<1.425 MPa。

4.2 承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算

經(jīng)計(jì)算，主橋正截面抗彎強(qiáng)度和斜截面抗剪強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求。

4.3 橋墩承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算

參考圓截面鋼筋混凝土柱單向偏心時(shí)的承載力計(jì)算公式的推導(dǎo)過程，可以對(duì)橢圓形截面承載力計(jì)算公式進(jìn)行推導(dǎo)。得到：

本工程橋墩承載能力極限狀態(tài)計(jì)算由地震控制。經(jīng)驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。進(jìn)過對(duì)連續(xù)梁和連續(xù)剛構(gòu)抗震能力的對(duì)比，對(duì)于本橋縱向抗震計(jì)算，連續(xù)剛構(gòu)受力優(yōu)于連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)語(yǔ)

近年來，城市橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，越來越強(qiáng)調(diào)橋梁的景觀設(shè)計(jì)。橋梁上部采用魚腹式斷面，結(jié)構(gòu)輕盈美觀，下部橋墩采用橢圓形截面墩，與箱梁上下呼應(yīng)。對(duì)橋梁景觀設(shè)計(jì)作出了一些探索，也為今后魚腹梁的設(shè)計(jì)提供了經(jīng)驗(yàn)。在橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算方面，在連續(xù)梁的基礎(chǔ)上對(duì)于墩高比較高的橋梁采用連續(xù)剛構(gòu)結(jié)構(gòu)，提高了結(jié)構(gòu)的整體剛度。經(jīng)過實(shí)際計(jì)算對(duì)比，對(duì)于本橋采用連續(xù)剛構(gòu)結(jié)構(gòu)能夠提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。但采用此類斷面，施工難度增加，模板制作費(fèi)用較高，適合在一些發(fā)達(dá)地區(qū)、景觀要求較高的地方使用。

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