京新高速上地斜拉橋橫向計(jì)算分析

邵長(zhǎng)勝 劉永鋒 焦亞萌

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

1 工程概況

京新高速上地斜拉橋是京新高速公路(五環(huán)路-六環(huán)路)工程的一部分，為五跨連續(xù)獨(dú)塔單索面預(yù)應(yīng)力混凝土曲線斜拉橋，跨度為(46+46+230+98+90)m，全長(zhǎng)510 m，主梁寬35.5 m，雙向六車道，主塔高99 m。全橋位于圓曲線(半徑920 m)+緩和曲線(474.76 m)+直線及縱坡(2.0%)+豎曲線(半徑11 000)+縱坡(-1.478%)上。主跨跨越地鐵13號(hào)線、既有京包鐵路及規(guī)劃京張城際鐵路，與既有線路小角度斜交，交角約為19°，如圖1所示。

橫向計(jì)算分析主要針對(duì)1～5號(hào)支點(diǎn)截面，B、C段的吊索所在的吊點(diǎn)截面，以及普通截面展開。其中B段共有22對(duì)拉索，即22個(gè)吊點(diǎn)截面；C段共有22對(duì)拉索，即22個(gè)吊點(diǎn)截面，全橋共計(jì)44個(gè)吊點(diǎn)截面，本文主要介紹普通截面及吊索截面的橫向計(jì)算分。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 普通截面橫框計(jì)算

(1)模型建立

普通截面橫框計(jì)算主要針對(duì)A段主梁范圍，此段梁體橫向坡度從單坡4%漸變到單坡2%，模型選取單坡坡度最大的4%截面主梁進(jìn)行模擬計(jì)算，在縱向取1延米作為計(jì)算單元，截面頂板、底板及腹板均采用梁?jiǎn)卧M(jìn)行建模，頂?shù)装迮c腹板連接處采用剛性連接；考慮到主梁縱向傳遞荷載主要依靠腹板，單延米橫框模型的約束設(shè)置在底板腹板位置，在兩個(gè)中腹板及兩個(gè)次腹板與底板連接處進(jìn)行約束，左側(cè)次腹板位置為固定支座，其余三個(gè)為橫向活動(dòng)支座；約束信息見(jiàn)表1。

圖1 全橋布置與拖拉段示意(單位：m)

節(jié)點(diǎn)編號(hào)DXDYDZRXRYRZ89111101106011101113011101130011101

(2)預(yù)應(yīng)力鋼束布置

橫向預(yù)應(yīng)力布置主要布置在頂板上，每延米布置兩根鋼絞線，間距0.5 m。考慮張拉空間，采用單端張拉，左右側(cè)間隔布置張拉端的方法進(jìn)行布設(shè)，并根據(jù)縱向計(jì)算結(jié)果及縱向預(yù)應(yīng)力布置，鋼束橫向布置不得與縱向預(yù)應(yīng)力鋼束沖突。橫向預(yù)應(yīng)力布置見(jiàn)圖2；圖2中圓圈代表縱向預(yù)應(yīng)力束位置，圖中APM1與APM2為橫向預(yù)應(yīng)力束，每延米兩種鋼束各配置一根，縱向間隔布置)

圖2 普通截面橫向預(yù)應(yīng)力布置示意

(3)結(jié)果分析

對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行PSC驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 各項(xiàng)PSC驗(yàn)算

2.2 吊點(diǎn)截面橫向計(jì)算

B段與C段分別具有22對(duì)拉索，拉索縱向間距有5 m、8 m、10 m三種，索橫向作用點(diǎn)間距為1.0 m。根據(jù)隔板影響長(zhǎng)度選取每個(gè)吊點(diǎn)的縱向計(jì)算寬度，在計(jì)算寬度范圍內(nèi)，模型中不考慮縱向中腹板與次腹板，將其自重以附加荷載的形式附加到實(shí)際作用位置，簡(jiǎn)化模型；模型中的隔板厚度為此吊點(diǎn)影響范圍內(nèi)的吊點(diǎn)隔板及非吊點(diǎn)隔板之和，據(jù)此建立midas模型。

B段212 m主梁采用單點(diǎn)連續(xù)頂推法施工，根據(jù)施工順序，B段主梁橫向預(yù)應(yīng)力束張拉完成后，要完成頂推工序，頂推到位后，再?gòu)埨鳌Ｒ虼四Ｐ椭薪山M支撐：拉索支撐及頂推支撐。從縱向計(jì)算結(jié)果的索力來(lái)分析，N1拉索豎向分力最小，N22拉索豎向分力最大，N2～N21號(hào)拉索的豎向分力均處于N1和N22之間，本文以N1與N22拉索分別建立模型，來(lái)分析兩個(gè)極值索力狀態(tài)下的應(yīng)力分布。

根據(jù)吊點(diǎn)的受力特點(diǎn)分析，將吊點(diǎn)截面近似簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支懸臂結(jié)構(gòu)，根據(jù)懸臂結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，將活載盡可能分布在截面橫向的外緣，增加受力力臂，活載根據(jù)杠桿分配，按車道荷載考慮，活載按照最不利布置形式，2、4、6、8車道均對(duì)稱布置在最外側(cè)。橫載平均分配到腹板位置。

鋼束：吊點(diǎn)截面的預(yù)應(yīng)力鋼束布置主要分兩種，一是截面的頂板橫向預(yù)應(yīng)力鋼束，頂板束采用5-7φ5預(yù)應(yīng)力鋼束，單側(cè)張拉，左右側(cè)張拉束間隔布置。考慮到翼緣板較薄，在吊索截面范圍內(nèi)，將拉索的非張拉端從翼緣板根部開始布置，同時(shí)在隔板位置布設(shè)三束5-7φ5的橫向預(yù)應(yīng)力束，錨固點(diǎn)布設(shè)在梁體邊腹板位置。

鋼束布置：從普通隔板截面的計(jì)算結(jié)果看，截面頂板布設(shè)間距0.5 m的橫向預(yù)應(yīng)力束，左右間隔單端張拉，同時(shí)根據(jù)吊點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果，吊點(diǎn)隔板布設(shè)兩束錨固于斜腹板的梁段張拉的鋼束及一束錨固于彼邊過(guò)人洞的鋼束，具體布置如圖4所示。

圖4 N22吊點(diǎn)鋼束布置

根據(jù)隔板有效寬度計(jì)算原則，N1與N22吊點(diǎn)計(jì)算結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖5 使用階段正截面抗裂驗(yàn)算

圖6 使用階段斜截面抗裂驗(yàn)算

從計(jì)算結(jié)果看，N1與N22吊點(diǎn)各項(xiàng)PSC驗(yàn)算指標(biāo)均滿足要求，則可推論其余吊索也滿足要求。在實(shí)際施工過(guò)程中及目前的運(yùn)營(yíng)狀況來(lái)看，結(jié)構(gòu)可靠。

2.3 支點(diǎn)截面橫向計(jì)算

(1)模型建立

全橋共有6個(gè)支點(diǎn)，每個(gè)支點(diǎn)均有兩個(gè)支撐約束與下部結(jié)構(gòu)相連，模型為簡(jiǎn)支懸臂結(jié)構(gòu)模型。根據(jù)實(shí)際約束間距及位置建立約束支撐，支撐信息見(jiàn)表2；將支點(diǎn)截面簡(jiǎn)化為橫向簡(jiǎn)支梁模型進(jìn)行建模，根據(jù)隔板有效寬度計(jì)算原則分別確定縱向有效寬度，其中5號(hào)墩支點(diǎn)同時(shí)承受支座反力和拉索拉力，建模時(shí)將拉索模擬附加荷載附加到拉索作用點(diǎn)。

表2 支點(diǎn)約束信息

(2)預(yù)應(yīng)力鋼束

支點(diǎn)處頂板仍然配置普通橫框?qū)?yīng)的頂板束，縱向間距0.5 m，同時(shí)，腹板內(nèi)配置腹板束。

(3)結(jié)果內(nèi)力

經(jīng)過(guò)PSC檢算，各支點(diǎn)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果如圖7、圖8所示。

圖7 使用階段長(zhǎng)期荷載作用下正截面抗裂驗(yàn)算

圖8 使用階段正截面壓應(yīng)力驗(yàn)算

結(jié)構(gòu)支點(diǎn)截面滿足設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

京新高速上地斜拉橋主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土大懸臂單箱五室截面，橋面寬度大，橫向計(jì)算分析類型多，難度大；分別采用midas civil對(duì)普通橫截面、吊點(diǎn)截面及支點(diǎn)截面進(jìn)行建模計(jì)算分析，并進(jìn)行了橫向預(yù)應(yīng)力筋配置，實(shí)踐證明，這種配筋方式是安全可靠的。

(1)通過(guò)本文對(duì)單索面、大懸臂單箱五室橫截面分析，可以將此模型簡(jiǎn)化理念推廣到其他截面形式，為以后的實(shí)際工程提供參考。

(2)橫向預(yù)應(yīng)力筋布置時(shí)，要充分考慮縱向預(yù)應(yīng)力筋的影響，與縱向預(yù)應(yīng)力筋協(xié)調(diào)布置。

(3)在近拉索吊點(diǎn)的中隔板增加豎向預(yù)應(yīng)力粗鋼筋，使吊點(diǎn)處于三向預(yù)應(yīng)力狀態(tài)，對(duì)其受力效果明顯。

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