基于美國(guó)規(guī)范的橋梁下部結(jié)構(gòu)計(jì)算

王 飛 彭小明

(中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100088)

1 項(xiàng)目背景

目前中國(guó)公司在海外開拓市場(chǎng)，但由于國(guó)內(nèi)的規(guī)范體系尚未獲得相關(guān)國(guó)家的認(rèn)可，面臨的最大技術(shù)問題是設(shè)計(jì)、施工的一系列標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，包括當(dāng)?shù)氐姆伞?/p>

本文詳細(xì)介紹了采用美國(guó)規(guī)范的計(jì)算橋梁下部結(jié)構(gòu)的過程，希望為大家了解美國(guó)規(guī)范提供參考和借鑒。下文將主要針對(duì)4×78 m連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)的下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開展探討。

表1 運(yùn)營(yíng)期下部混凝土結(jié)構(gòu)荷載組合

2 結(jié)構(gòu)概況

本工程引橋上部結(jié)構(gòu)為78 m連續(xù)箱梁，單箱單室，橋面寬20．8 m，雙向四車道，橋跨布置為4×78 m，采用預(yù)制節(jié)段拼裝平衡懸臂施工方法;下部結(jié)構(gòu)為空心薄壁墩結(jié)構(gòu)，墩頂寬6 m，沿高度方向以 1∶80 的斜率漸變，墩高 42．5 m ～57．0 m。

3 荷載組合

運(yùn)營(yíng)期與施工期下部混凝土結(jié)構(gòu)荷載組合見表1，表2。

表2 施工期下部混凝土結(jié)構(gòu)荷載組合

4 荷載

美國(guó)規(guī)范中的恒載同國(guó)內(nèi)差異不大，摩阻力、溫度力及其分配同國(guó)內(nèi)計(jì)算方法基本相同，在此不再贅述。下面主要介紹在設(shè)計(jì)中制動(dòng)力和風(fēng)荷載的計(jì)算方法和過程。

4．1 制動(dòng)力

根據(jù)AASHTO規(guī)范3．6．1．1條，設(shè)計(jì)車道數(shù)為 N=4條，多車道系數(shù)為MPF=0．65;根據(jù) AASHTO規(guī)范3．6．4條，制動(dòng)力取下列兩值的較大者，制動(dòng)力作用高度可假定為水平地作用在路面以上1 800 mm處。

4．2 風(fēng)荷載

根據(jù)美國(guó)規(guī)范3．8條規(guī)定，風(fēng)荷載包含水平風(fēng)壓和豎向風(fēng)壓。

4．2．1 水平風(fēng)壓

1)結(jié)構(gòu)上的風(fēng)壓。

其中作用于上部結(jié)構(gòu)的基本風(fēng)壓PB的取值見AASHTO LRFD 表 3．8．1．2．2-1，作用于下部結(jié)構(gòu)的基本風(fēng)壓為 0．001 9 MPa，根據(jù)風(fēng)向角分解。

2)車輛上的風(fēng)壓。

當(dāng)有車輛存在時(shí)，設(shè)計(jì)風(fēng)壓應(yīng)施加于結(jié)構(gòu)和車輛上，作用于車輛上的風(fēng)壓為1．46 N/mm，此力作用于橋面以上1 800 mm處(垂直于車輛)，并且傳遞給結(jié)構(gòu)。車輛上的風(fēng)載不與結(jié)構(gòu)垂直時(shí)，活載的垂直分力與平行分力可按AASHTO LRFD表3．8．1．3-1的規(guī)定取值，其中，傾斜角為與表面法向的夾角。

4．2．2 豎向風(fēng)壓

豎向風(fēng)壓按0．000 96 MPa乘以橋面寬度的豎向上風(fēng)力作為縱向線荷載，其作用點(diǎn)位于橋面寬度迎風(fēng)面的1/4點(diǎn)處。

5 計(jì)算方法和結(jié)果

該項(xiàng)目上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制節(jié)段拼裝箱梁，主跨跨徑78 m，墩高42．5 m～57．0 m，采用鋼筋混凝土空心薄壁墩結(jié)構(gòu)。下面選取一個(gè)橋墩表述具體的計(jì)算過程(墩高55．7 m)。

在設(shè)計(jì)計(jì)算中，考慮了運(yùn)營(yíng)期和施工期。在運(yùn)營(yíng)期，分析了強(qiáng)度極限狀態(tài)、使用極限狀態(tài)和極端事件極限狀態(tài)，需考慮的單項(xiàng)荷載及荷載組合見表1;在施工過程中，主要分析了強(qiáng)度極限狀態(tài)下吊裝0號(hào)塊、最大懸臂和落梁三種工況，需考慮的施工荷載及荷載組合見表2。根據(jù)荷載組合表，分別計(jì)算出相應(yīng)荷載組合值，并根據(jù)AASHTO規(guī)范第五章，計(jì)算結(jié)構(gòu)抗力。

1)墩底截面結(jié)構(gòu)尺寸。

墩底截面為矩形空心薄壁結(jié)構(gòu)，截面簡(jiǎn)化尺寸為外截面7．3 m×3．6 m，內(nèi)截面6．3 m ×2．6 m，壁厚0．5 m，截面面積9．85 m2，截面慣性矩 19．12 m4，回轉(zhuǎn)半徑 1．393 m。

2)材料參數(shù)見表3。

表3 材料參數(shù)表

3)計(jì)算方法。

橋墩計(jì)算內(nèi)容主要有軸向抗力、雙向偏心受壓、分布鋼筋間距和抗剪，由于墩高55．7 m，需判別是否考慮P-Δ效應(yīng)，分別參照AASHTO 規(guī)范 5．5．4．2，5．7．3．4，5．7．4．3 ～5．7．4．5，4．5．3．2 和 5．8．3條款，計(jì)算橋墩承載力。下面將列出各極限狀態(tài)控制組合的計(jì)算結(jié)果。

a．強(qiáng)度極限狀態(tài)見表4。

表4 強(qiáng)度極限狀態(tài)表

b．極端事件極限狀態(tài)見表5。由表4，表5可知，由于梁段較 重(A+AI)，若在最大懸臂施工時(shí)發(fā)生落梁，該工況為控制工況。

表5 極端事件極限狀態(tài)表

c．使用極限狀態(tài)。

根據(jù) AASHTO 規(guī)范5．7．3．4 條款，通過 s≤123 000γe/(βsfss)－2dc計(jì)算分布鋼筋的最大間距(同時(shí)需要滿足5．10．3．1 和5．10．3．2條款的規(guī)定)，以此來滿足抗裂要求。

d．抗剪承載力。

根據(jù) AASHTO 規(guī)范5．8．3．3 和5．8．3．5 條款，計(jì)算抗剪承載力和縱向鋼筋的抗拉承載力。

6 結(jié)語

通過上述的闡述和計(jì)算，可以了解基于美國(guó)規(guī)范橋梁下部結(jié)構(gòu)計(jì)算的具體過程和方法，為大家了解美國(guó)規(guī)范提供參考和借鑒。

［1］ AASHTO LRFD-2007 SI，美國(guó)公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［2］ ACI 318M-05，美國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)建筑規(guī)范［S］．

［3］ ASTM A615/A615M-07，ASTM A416-2005，美國(guó)材料標(biāo)準(zhǔn)［S］．