某雙薄壁墩曲線連續剛構橋驗算和優化

趙 志 國

(遼寧省交通規劃設計院，遼寧 沈陽 110166)

某雙薄壁墩曲線連續剛構橋驗算和優化

趙 志 國

(遼寧省交通規劃設計院，遼寧 沈陽 110166)

以某高速公路中一座預應力混凝土連續剛構橋工程為例，由于現橋梁全線改為新規范標準，對未施工的主梁進行了縱向安全性驗算，并提出相應改進優化措施，為類似工程施工計算提供了思路。

雙薄壁墩，連續剛構，驗算，優化

1 工程概況

該橋是一座58 m+100 m+58 m的預應力混凝土連續剛構橋，處于R=380 m的圓曲線上，橋面橫坡為5%。橋梁左、右幅橋面凈寬均為11.25 m，箱梁頂、底板橫坡與橋面橫坡一致。單幅箱梁頂板寬11.25 m，底板寬6 m，外翼緣懸臂長2.625 m。跨中及邊跨現澆段處梁高2.3 m，底板厚0.25 m，0號墩頂梁高6 m，底板厚為0.8 m，箱梁底板厚從箱梁根部截面的0.8 m漸變至跨中及邊跨支點截面的0.25 m，箱梁高度按二次拋物線變化。箱梁腹板在墩頂范圍內厚0.75 m,其余范圍內厚度為0.5 m。

縱向預應力采用φs15.2鋼絞線，分懸臂頂板束、腹板彎起束、邊中跨合龍連續束及現澆段彎起束四類。懸臂頂板束19-φs15.2采用19-φs15.2鋼絞線，腹板彎起束采用16-φs15.2鋼絞線，頂板連續預應力束采用19-φs15.2，底板連續預應力束采用16-φs15.2鋼絞線，現澆段彎起束采用16-φs15.2鋼絞線，錨具采用群錨體系。縱向預應力束除邊跨頂板連續束采用單端張拉外，其余均采用兩端張拉。豎向預應力束采用JL32精軋螺紋鋼筋，JLM螺母錨具，橫向布置每條腹板1排～2排，縱向間距為35 cm～45 cm。

橋墩采用雙柱式矩形薄壁墩，順橋向墩寬為2 m，橫橋向墩寬為6 m，雙薄壁截面中心距為5.2 m，樁采用直徑2 m鉆孔灌注樁。0號臺采用樁柱式橋臺，樁基采用1.5 m的鉆孔灌注樁，3號臺采用重力式橋臺，淺基礎。

2 計算模型與方案

2.1 計算模型

本橋為單箱單室預應力混凝土連續剛構，采用分幅設計，縱向支撐體系明確，以縱向受力效應為主。平曲線半徑為380 m，雖然規范中對于平曲線影響調整系數未有明確的規定，但平彎效應不能忽視。因此從計算分析需求及安全性考慮，采用Midas Civil 2012 進行空間桿系建模及內力計算，計算模型見圖1。

2.2 模型設定

表1 施工階段劃分

本橋1號橋墩高64 m，2號橋墩高53 m，橋墩較柔。橋墩樁基位于中風化花崗片麻巖，樁基均按嵌巖樁設計，為簡化計算，忽略承臺以下基礎的水平變形，橋墩底部按固結處理。

本橋為連續剛構橋，采用空間桿系模型分析，應充分考慮支座抗壓剛度的影響，根據圖紙提供支座型號和支座產品說明，抗壓剛度取17 745 680 t/m。

定義墩頂橫隔板截面時，采用倒角根部斷面內擴1/2橫隔板厚度處理，而未采用全截面，主要是由于縱向效應傳遞不可能脫離應力擴散角的范圍傳遞到全截面。如采用全截面的設定，將得到遠小于實際情況的預應力度和配筋率。

2.3 施工階段處理

按原橋設計說明書，本橋施工方案為：

下部基礎施工→0號塊澆筑→懸臂現澆(同時邊跨端部現澆)→邊跨合龍→中跨合龍。

計算模型中全橋共分18個施工階段(部分施工階段表中略)(見表1)，靜力荷載工況詳見表2。

表2 靜力荷載工況

3 計算結果分析

計算完成后，標準值應力結果見圖2～圖4。

根據計算結果可以看出：主梁上緣最大組合應力為1.52 MPa,最小出現在邊跨端部支架現澆段附近；主梁下緣最大組合應力為-4.02 MPa，出現在中跨跨中。結合其他組合應力圖可看出橋梁應力各區域變化很大，應力分布顯然不合理，且壓應力過大，可調整預應力鋼束使應力分布更合理(合理預應力布置一般應控制有2 MPa的壓應力儲備)。

表3 驗算結果及結論

4 結果分析及優化措施

利用Midas Civil軟件中“PSC設計”功能，可以得到全橋驗算結果見表3。

根據上面計算結果，可從以下幾個方面對原橋進行優化：

1)提高混凝土強度。

在新規范的短期效應組合中預應力折減和現行控制恒載撓度的設計思路的約束下，通過降低預應力度來減少墩頂壓應力的效果十分有限，因此可以提高主梁混凝土強度。

2)調整邊跨合龍段鋼束。

在短期荷載組合作用下，特別是在溫度效應作用和預應力折減的影響下，原橋的邊跨端部頂板未能通過正截面抗裂驗算，因此可以將邊跨合龍段鋼束BT由15～19提高到15～25，同時在主橋兩端BT束附近各增加一對15～19邊跨合龍補充束。

3)調整邊跨底板束及邊跨腹板束。

由于增加了腹板厚度及調整邊跨合龍頂板鋼束，重新計算時發現邊跨端1/2跨抗彎承載力不足，因此可同時提高邊跨底板鋼束及邊跨腹板鋼束的規格。邊跨底板鋼束B1，B2均由15～16提高到15～20；邊跨腹板鋼束F1，F2由15～19提高到15～21。

4)根據計算結果結合新制作規范，更換部分不滿足要求支座型號。

5)按優化后設計，重新建模計算，各項分析結果均能滿足新規范要求，見表4。

表4 優化后驗算結果

5 結語

連續剛構橋具備優異的力學性能，同時外觀簡潔，曲線優美，近些年來在公路和鐵路橋梁中得到廣泛的應用，目前該橋已建成通車，使用狀況良好。本文提供的計算思路和方法可作為其他同類型橋設計參考。

[1] 范力礎.橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2005.

[2] JTG D60-2004，公路橋涵設計通用規范[S].

[3] JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

[4] JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術規范[S].

[5] 張烈霞.混凝土連續剛構橋墩固結處的應力分析[J].山西建筑，2008，34(5):336-337.

Checking computation and optimization of the curved continuous rigid bridge with double thin-wall piers

ZHAO Zhi-guo

(LiaoningInstituteofTrafficPlanningandDesign,Shenyang110166,China)

Taking the prestressed concrete continuous rigid highway bridge engineering as an example, owning to the new criteria of the bridge line, the paper carries out vertical security checking computation of the major beam without construction, and puts forward corresponding optimizing measures, which has provided a concept for similar engineering construction computation.

double thin-wall piers, continuous rigid structure, checking computation, optimization

1009-6825(2014)11-0202-03

2014-02-09

趙志國(1980- )，男，工程師

U448.23

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