百米級連續(xù)剛構橋的計算比較

劉 濤

（廣東省公路勘察規(guī)劃設計院股份有限公司,廣東廣州 510507）

1 工程背景

濟南至廣州國家高速公路平遠（贛粵界）至興寧段第C2設計合同段與漳龍 (福建漳州至廣東龍川)鐵路和國道G205相交，在交點處設置漳龍鐵路跨線橋。

主橋為53 m+2×95 m+70 m連續(xù)剛構，左右幅分離，單幅橋寬12.75 m，主梁斷面為單箱單室，翼緣寬度3.1 m，箱寬6.55 m，墩頂處梁高5.9 m，跨中梁高3 m，頂板厚度28 cm，底板厚度28～80 cm，腹板厚度為40、60、70 cm三種情況；墩頂設置5 m長的等梁高段，主跨跨中設置2 m長的等梁高合攏段，梁高和底板厚度均按二次曲線變化。墩頂處橫隔板厚度為2.2 m，梁端橫隔板厚度為1.5 m。對稱部分采用懸臂澆鑄法施工，懸澆段的分段長度為8×3 m+5×4 m；53 m小邊跨的尾段長度為4.36 m，70 m大邊跨的尾段長度為21.36 m，采用落地支架現澆施工。

橋墩高度在24～33 m，由于左右幅錯孔布置，主墩采用單薄壁實心墩，墩厚2.2 m，墩寬6.55 m，主墩基礎為4根D220 cm的鉆孔灌注樁。

主梁采用C55混凝土，設置三向預應力，縱向受力構件按全預應力設計。橋墩采用C40混凝土，樁基和承臺采用C30混凝土，為鋼筋混凝土構件，裂縫寬度按0.2 mm控制。

本橋橋位處的平面線形為緩和曲線和直線，緩和曲線的參數A×A=200×1500，主橋約有一半長度位于緩和曲線上。

2 計算方案

該橋平面線形較復雜，大邊跨與主跨的比例不在常用范圍內，主跨跨數為兩跨，故在設計計算過程中采取以主跨跨數、邊中跨比例、平面線形為變量，采取由簡到繁的方法對三個變量對邊支座反力、主梁內力、主墩內力進行了計算比較。計算方案見表1。

表1 計算方案

限于篇幅，在隨后的計算結果表中僅列出平面線形為直線和圓曲線半徑R=1000 m的情況。

3 計算模型、計算軟件、計算荷載

計算模型：采用空間梁單元。為了增加可比性，橋墩高度均按26.7 m計。

計算軟件：采用Midas Civil2010。

計算荷載：按《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTG D60-2004)取值。

永久作用：自重，26 kN/m3；護欄，20 kN/m；橋面鋪裝，28.4 kN/m。預應力按照施工圖施加，收縮、徐變按規(guī)范取值并根據截面情況對有效厚度進行修正。基礎沉降取1 cm。

可變作用：汽車荷載，靠近曲線外側布置三個車道，不均勻系數按1.15考慮。汽車沖擊力，結構豎向第一振型的頻率按2hz計。汽車制動力按2.871 kN/m的均布荷載作用在主梁單元上。不考慮汽車離心力。主梁風力，縱橋向按2.5 kN/m的均布荷載作用在主梁單元上，橫橋向按10 kN/m的均布荷載作用在主梁單元上。橋墩風力，按三角形荷載考慮，縱橋向墩頂荷載集度為22.088 kN/m，橫橋向墩頂荷載集度為4.046 kN/m。整體升溫25℃，整體降溫25℃。梯度升溫和梯度降溫均按100 mm瀝青混凝土鋪裝層的情況考慮。縱向風力與汽車制動力作用方向一致。橫橋向風力作用方向為曲線外側，即從圓心向外施加荷載。不考慮其他可變作用。

不考慮偶然作用。

施工期間的作用：掛籃按600 kN計。混凝土濕重按設計重的1.3倍計。合攏壓重按合攏段重量的一半計。

4 計算結果

4.1 邊支座反力的計算結果

各參數對收縮、徐變的影響是一致的，在此將其合并；升溫與降溫，梯度升溫與梯度降溫有明確的倍數關系，僅在次列出升溫與梯度升溫的計算結果；同時僅列出沉降引起的最大反力值。計算結果見表2、表3。

表2 邊支座反力計算結果

表3 邊支座反力計算結果

由計算結果可知，控制邊支座支反力的主要作用是恒載、預應力二次作用、汽車荷載和風力，其他各項影響很小。需要重點指出的是風力的影響相當大，若不考慮風力影響支座可能脫空，實際受力情況將與計算模型不一致。

影響邊支座支反力的主要因素是邊中跨比；平面線形主要影響預應力二次、收縮徐變、升降溫、溫度梯度引起的支反力在曲線內外側支座中的分配，不影響其總值。主跨跨數對值反力的組合值有較大影響。

4.2 主梁內力的計算結果

計算結果見表4～表6。

由表4計算結果可知，剪力的影響因素主要是跨徑，其他各項影響很小。結合支反力的計算結果可知不同腹板的剪力不均勻系數較大，在0.75～1.25之間，建議按1.25的不均勻系數對腹板進行配筋設計。

表4 主梁剪力計算結果表

表5 主梁彎矩計算結果表

表6 主梁扭矩計算結果表

表7 主墩彎矩計算結果表

邊跨跨中內力是指邊跨正彎矩最大處的彎矩及該點的最大負彎矩。

由表5計算結果可知，邊中跨比主要對邊跨彎矩有影響，對邊墩墩頂彎矩略有影響，對中跨跨中彎矩幾乎無影響。主跨跨數主要影響邊墩墩頂彎矩和邊跨最大彎矩，對其他各處彎矩幾乎無影響。平面線形對各點彎矩幾乎無影響。

由表6計算結果可知，主跨跨數主要影響主跨內的扭矩；邊中跨比主要影響邊跨內的扭矩。平面線形的影響較復雜，對各點扭矩的影響趨勢不一致。

4.3 主墩內力的計算結果

主墩內力計算結果見表7，中墩不控制設計，不在此羅列其內力。

由表7計算結果可知，影響邊墩內力的主要因素是主跨跨數，即溫度作用的實際長度。

5 結論

綜上所述得出如下結論：

（1）百米級橋梁的計算要考慮風載作用，特別是橫向風載。

（2）連續(xù)剛構橋邊中跨的比值宜在0.6左右，不宜小于0.55，且在主跨為多跨時宜適當增大，否則邊支座反力難以控制。

（3）主跨跨數、邊中跨比、平面線形對反力、內力均有不同程度的影響。

（4）在做強度設計時，各腹板的剪力差應充分考慮。

（5）主跨跨數對橋墩內力影響巨大。

[1]邵旭東.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2004.

[2]廣東省公路勘察規(guī)劃設計院股份有限公司.濟南至廣州國家高速公路平遠至興寧段第C2設計合同段兩階段施工圖設計[Z].2012.