蕪湖市三環(huán)路青弋江大橋主橋設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)分析

何 承 珩

(同濟(jì)大學(xué)，上海 200092)

蕪湖市三環(huán)路青弋江大橋主橋設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)分析

何 承 珩

(同濟(jì)大學(xué)，上海 200092)

以蕪湖市三環(huán)路青戈江大橋?yàn)槔?，詳?xì)介紹了主橋上、下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并采用基于平截面假定的平面桿系分析方法對(duì)主梁縱向靜力結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析計(jì)算，為今后變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋的設(shè)計(jì)、施工提供了參考借鑒。

橋梁，箱梁，設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)分析

1 工程概況

蕪申運(yùn)河是一條溝通青弋江、水陽江和太湖水系的省際內(nèi)河航運(yùn)通道；三環(huán)路是蕪湖市一條縱貫?zāi)媳?、串?lián)各分區(qū)的快速通道；青弋江大橋是蕪湖市三環(huán)路的重要組成部分。

通過方案設(shè)計(jì)和初步設(shè)計(jì)比較，主橋采用變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，跨徑組合為73 m+118 m+73 m=264 m，橋?qū)? m×21.5 m=43.0 m。引橋上部結(jié)構(gòu)采用簡支變連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，北岸跨徑采用6×30 m+(35+2×33.6)m的跨徑組合布置，上跨橫向道路黃山路；北岸采用9×30 m的跨徑組合布置。本橋已于2009年開工，2011年建成通車。主橋效果圖見圖1。

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1)道路等級(jí)：城市主干路；計(jì)算行車速度：80 km/h。2)設(shè)計(jì)荷載:公路—Ⅰ級(jí)，人群荷載按照J(rèn)TG D60-2004公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范取用。3)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)：基本烈度6度，工程區(qū)域地震動(dòng)峰

值加速度為0.05g。按地震烈度7度設(shè)防。4)青弋江通航標(biāo)準(zhǔn)：規(guī)劃Ⅲ級(jí)，通航凈寬B=74.25 m，通航凈高H=7.0 m，設(shè)計(jì)最高通航水位10.41 m(黃海高程)，設(shè)計(jì)最低通航水位1.56 m。5)橋梁縱坡分別為北岸3.5%和南岸3.0%，豎曲線采用R=4 500 m凸曲線。

3 主橋設(shè)計(jì)

3.1 主橋總體設(shè)計(jì)

主橋總體設(shè)計(jì)情況詳見圖2,圖3。

3.2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.2.1 箱梁構(gòu)造設(shè)計(jì)

主橋上部結(jié)構(gòu)為73+118+73=264 m三跨變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，由上、下行分離的兩個(gè)單箱雙室箱型截面組成。單個(gè)箱體頂板寬21.5 m，厚0.28 m，設(shè)2%的橫坡；底板寬13.5 m，厚度為0.28 m～0.85 m，從距主墩中心58 m至距主墩中心2.25 m范圍按1.8次拋物線變化，橫橋向底板保持水平；箱梁根部梁高6.9 m，跨中梁高2.9 m，箱梁梁高從距主墩中心58 m至距主墩中心2.25 m處按1.8次拋物線變化；腹板厚度0號(hào)～11號(hào)塊件為1.1 m～0.58 m，12號(hào)～15號(hào)塊件為0.58 m；箱梁頂板懸臂長4 m，端部厚0.2 m，根部厚0.6 m。在主墩墩頂設(shè)置一道厚2.5 m橫隔梁，在邊墩墩頂設(shè)置一道厚1.5 m橫隔梁，在跨中設(shè)置厚0.4 m橫隔板。

3.2.2 箱梁預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)

箱梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系?？v向預(yù)應(yīng)力鋼束：縱向預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)置了腹板束(F)、頂板束(T)、邊跨底板束(BS)、中跨底板束(BM)、邊跨頂板合龍束(TS)及中跨頂板合龍束(TM)六種，采用兩種編束： 9-φs15.20和12-φs15.20。橫向預(yù)應(yīng)力鋼束：橋面板橫向預(yù)應(yīng)力鋼束采用BMl5-3扁錨體系；端橫梁預(yù)應(yīng)力束采用Ml5-12錨固體系；中橫梁預(yù)應(yīng)力采用JL32精軋螺紋鋼筋。豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋：采用JL25精軋螺紋鋼筋。

3.3 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主橋下部結(jié)構(gòu)主墩采用鋼筋混凝土實(shí)體橋墩，低樁承臺(tái)，群樁基礎(chǔ)。樁基采用D2.0 m鉆孔灌注樁；承臺(tái)根據(jù)航道部門的要求埋置在規(guī)劃河床斷面以下；墩身寬4.0 m，長13.5 m，二端設(shè)R=2 m的圓形端頭。主橋邊墩采用雙柱式橋墩，低樁承臺(tái)，群樁基礎(chǔ)。樁基采用D1.5 m鉆孔灌注樁；承臺(tái)埋置在地面以下；單個(gè)立柱采用正方形截面，尺寸大小為2 m×2 m；蓋梁為預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁。主橋樁基均按嵌巖樁設(shè)計(jì)。

4 結(jié)構(gòu)分析

主橋上部結(jié)構(gòu)為三跨變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，主梁縱向靜力結(jié)構(gòu)分析采用基于平截面假定的平面桿系分析方法，分析軟件采用MIDAS/Civil v7.41。設(shè)計(jì)安全等級(jí)為一級(jí)，對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.1。構(gòu)件計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)為全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。

4.1 持久狀況承載能力極限狀態(tài)計(jì)算

4.1.1 正截面抗彎承載能力

由圖4,圖5可見，主梁截面抗彎承載力滿足規(guī)范要求。

4.1.2 斜截面抗剪承載能力

由圖6，圖7可見，主梁截面抗剪承載力滿足規(guī)范要求。

4.1.3 抗扭承載能力

主梁在活載偏心作用下處于彎剪扭狀態(tài)，按照規(guī)范對(duì)箱形截面剪扭構(gòu)件的規(guī)定，計(jì)算主梁的抗剪承載力和抗扭承載力。由圖8～圖10可見，主梁的抗剪承載力和抗扭承載力滿足規(guī)范要求。

4.2 持久狀況承載能力極限狀態(tài)計(jì)算

4.2.1 正截面抗裂計(jì)算

短期效應(yīng)組合。

由圖11，圖12可見，主梁在作用(荷載)短期效應(yīng)組合下，上下緣基本處于受壓狀態(tài)，主梁滿足全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的抗裂要求。

4.2.2 斜截面抗裂計(jì)算

由圖13可見，主梁在作用(荷載)短期效應(yīng)組合下，最大主拉應(yīng)力為0.9 MPa，小于規(guī)范容許的1.06 MPa，滿足規(guī)范對(duì)全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的斜截面抗裂要求。

4.2.3 撓度計(jì)算

主梁跨中在扣除恒載引起的撓度后最大撓度為3.9 cm(向下)，考慮全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件截面剛度應(yīng)按0.95EcI0計(jì)算，實(shí)際最大撓度應(yīng)為3.9/0.95=4.1 cm，將該值乘以“撓度長期增長系數(shù)”(對(duì)于C50混凝土為1.425)，得到4.1×1.425=5.85 cm

4.3 持久狀況構(gòu)件的應(yīng)力計(jì)算

4.3.1 法向壓應(yīng)力

由圖14,圖15可見，主梁在使用階段正截面混凝土最大壓應(yīng)力為13.41 MPa，小于規(guī)范限值16.2 MPa，滿足規(guī)范要求。

4.3.2 主壓應(yīng)力

由圖16可見，主梁在使用階段截面混凝土最大主壓應(yīng)力為13.41 MPa，小于規(guī)范限值19.44 MPa，滿足規(guī)范要求。

4.4 短暫狀況構(gòu)件的應(yīng)力計(jì)算

4.4.1 施工階段

按照主梁設(shè)計(jì)施工過程模擬計(jì)算模型施工步驟，見表1。

4.4.2 施工階段混凝土壓應(yīng)力計(jì)算

由圖17可見，施工階段主梁最大壓應(yīng)力為13.85 MPa，小于規(guī)范限值20.41 MPa，滿足規(guī)范要求。

4.4.3 施工階段混凝土拉應(yīng)力計(jì)算

由圖18可見，施工階段主梁上下緣基本處于受壓狀態(tài)，滿足規(guī)范要求。

4.4.4 施工階段單“T”懸臂最大工況計(jì)算

表2 最大懸臂狀態(tài)施工工況

施工階段單“T”懸臂最大時(shí)，共計(jì)算了五種不利工況，見表2。五種工況組合下，墩梁固結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生彎矩為237 260 kN·m，對(duì)應(yīng)軸力為102 020 kN。經(jīng)計(jì)算，每個(gè)主墩處單側(cè)單個(gè)臨時(shí)固結(jié)墩受到的壓力分別為30 177 kN和3 822 kN，無拉力出現(xiàn)。經(jīng)計(jì)算，單個(gè)臨時(shí)固結(jié)墩軸心受壓承載力為33 152 kN，受拉承載力為7 600 kN，臨時(shí)固結(jié)墩滿足承載力要求。在上述最大彎矩和對(duì)應(yīng)軸力的情況下，對(duì)主墩截面進(jìn)行強(qiáng)度和裂縫計(jì)算，均滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語

本工程作為一座較有代表性的大跨徑變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，在總體設(shè)計(jì)、上部和下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)分析等方面，均具有一定的參考價(jià)值。

[1] 張繼堯，王昌將.懸臂澆筑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2] 朱漢華,陳孟沖,袁迎捷.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋裂縫分析與防治[M].北京：人民交通出版社，2006.

Analysis on the design and structure of major Qinggejiang bridge on Sanhuan road in Wuhu city

HE Cheng-heng

(TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

Taking Qinggejiang bridge on Sanhuan road in Wuhu city as an example, the paper specifically introduces the upper and lower bridge structure design points, analyzes and calculates the vertical static structure of the main beam by applying horizontal truss analysis method based on plane cross-section assumption, which has provided some guidance for the design and construction of prestressed concrete box girder with various cross-section.

bridge, box girder, design, structural analysis

1009-6825(2014)11-0166-04

2014-02-07

何承珩(1977- )，男，高級(jí)工程師

U442.5

A