大跨度連續(xù)梁橋支架現(xiàn)澆設(shè)計(jì)

陳彥彬

(鄭州市市政工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院廣州分院，廣東廣州510640)

1 工程概述

三亞市海棠灣A8片區(qū)1號(hào)大橋跨徑組合為45+ 76+45=166 m, 頂板寬24 m, 主梁采用單箱三室預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁斷面, 梁底緣曲線均為二次拋物線變化。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件及施工工期安排, 擬采用支架現(xiàn)澆的方式。

1.1 主梁構(gòu)造

上部結(jié)構(gòu)采用(45+76+45)m滿堂支架分段現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，箱梁為單箱三室，箱梁頂寬24 m，底寬17 m，懸臂3.5 m。箱梁橫向采用雙向1.5 %橫坡，橫坡通過(guò)

箱梁腹板高度調(diào)整。

箱梁支點(diǎn)粱高4.6 m，跨中梁高2.2 m；頂板厚度0.28 m；腹板厚0.5 m，施工縫處腹板加厚段厚度為0.85 m；翼板懸臂長(zhǎng)度3.5 m，截面采用二次折線變高，根部高度0.65 m，根部往外1.2 m處高度0.3 m，端部高度0.18 m。

箱梁中墩頂設(shè)一道橫隔梁，厚度為2.2 m；邊跨支點(diǎn)設(shè)端橫梁一道，厚度為1.5 m。

箱梁采用C50預(yù)應(yīng)力混凝土，按全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

橋梁截面如圖1所示。

圖1 連續(xù)梁中支點(diǎn)及跨中截面

1.2 主梁預(yù)應(yīng)力

縱向預(yù)應(yīng)力的設(shè)計(jì)是與施工工況相結(jié)合的，(45+76+45)m連續(xù)梁采用單向預(yù)應(yīng)力體系，即縱向預(yù)應(yīng)力。頂板縱向預(yù)應(yīng)力鋼束采用17φ15.2鋼絞線，為T(mén)1～T5鋼束，每個(gè)鋼

束設(shè)置12束，采用M15-17錨具；腹板預(yù)應(yīng)力鋼束采用19φ15.2鋼絞線，為F1～F7鋼束，每個(gè)鋼束設(shè)置8束，采用ML15-19接長(zhǎng)器接長(zhǎng)；中跨底板采用15φ15.2鋼絞線，為ZB1～ZB5鋼束，每個(gè)鋼束設(shè)置6束；邊跨底板采用8φ15.2鋼絞線，為BB鋼束，鋼束設(shè)置8束。

圖2 連續(xù)梁縱向預(yù)應(yīng)力布置

主梁縱向預(yù)應(yīng)力布置見(jiàn)圖2。

2 橋梁施工技術(shù)

連續(xù)梁現(xiàn)澆施工一般采用懸臂澆筑和支架法現(xiàn)澆兩種施工方法。對(duì)大跨度連續(xù)梁，支架法現(xiàn)澆相比懸臂澆筑施工工期大大縮短，在懸臂澆筑施工不能滿足工期要求且有條件實(shí)施支架法現(xiàn)澆施工的情況下可以采用支架現(xiàn)澆施工。支架現(xiàn)澆施工比懸臂施工要簡(jiǎn)單，線形控制要容易。全橋共劃分3個(gè)梁段，A1段長(zhǎng)度100 m，兩個(gè)A2段長(zhǎng)度均為33 m(圖3)。

圖3 連續(xù)梁施工布置

2.1 施工步驟

(45+76+45)m預(yù)應(yīng)力混凝土箱型連續(xù)梁全長(zhǎng)166 m，支架現(xiàn)澆施工可分為基礎(chǔ)處理、支架搭設(shè)、安裝模板、綁扎鋼筋、混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉、支架拆除等工作。

(1)橋墩施工完畢后，進(jìn)行支架基礎(chǔ)處理，在中墩兩側(cè)搭設(shè)鋼管混凝土勁性支架，并進(jìn)行預(yù)壓。安裝施工模板，綁扎鋼筋，在支架上澆筑混凝土施工A1梁段。養(yǎng)護(hù)、待混凝土強(qiáng)度及彈性模量達(dá)到100 %且混凝土齡期不小于7 d時(shí)，張拉本階段預(yù)應(yīng)力鋼束。

(2)在支架上澆筑混凝土施工A2梁段。養(yǎng)護(hù)、待混凝土強(qiáng)度及彈性模量達(dá)到100 %且混凝土齡期不小于7 d時(shí)，張拉剩余預(yù)應(yīng)力鋼束。

(3)拆除所有支架，存梁60 d，進(jìn)行橋面系的鋪設(shè)。

2.2 支架施工要求

(1)支架的布置及受力驗(yàn)算。確定支架平面位置，并對(duì)所有構(gòu)件進(jìn)行嚴(yán)格的檢查。注意承載構(gòu)件保證垂直，起整體聯(lián)系作用的水平拉桿、剪力撐搭設(shè)位置的準(zhǔn)確、牢固。支架的設(shè)計(jì)驗(yàn)算包括穩(wěn)定性檢算、強(qiáng)度檢算和剛度檢算幾個(gè)方面。另外還需嚴(yán)格檢算地基承載力，根據(jù)具體情況進(jìn)行地基處理。

(2)支架的預(yù)壓。為確保安全，需對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓重量為澆筑混凝土梁段重的125 %，以檢驗(yàn)支架以及地基的承載強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

3 計(jì)算荷載

3.1 永久作用

(1)一期恒載。一期恒載包括結(jié)構(gòu)自重。預(yù)應(yīng)力混凝土容重考慮含筋量后取26.0 kN/ m3；瀝青混凝土密度取25.0 kN/ m3。

(2)二期恒載。二期恒載為護(hù)欄、泄水管、整平層、橋面鋪裝及過(guò)橋相應(yīng)管線，按190 kN/ m計(jì)(已包括人行道扶手欄桿1.2 kN/ m的豎向荷載)。

(3)混凝土收縮徐變作用。按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D62-2004)取值；計(jì)算中分別考慮施工階段、成橋時(shí)刻、使用10年時(shí)的收縮徐變對(duì)結(jié)構(gòu)的影響指導(dǎo)設(shè)計(jì)。

(4)基礎(chǔ)變位作用。橋墩沉降按10 mm考慮，取最不利工況組合。

3.2 可變荷載

(1)汽車(chē)荷載。荷載等級(jí)：城市-A級(jí)，縱向計(jì)算采用車(chē)道荷載加載，按雙向四車(chē)道考慮；沖擊系數(shù)：μ=0.05(結(jié)構(gòu)基頻f=0.99 Hz)。

(2)人群荷載。人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值：2.71 kN/ m2。

(3)整體溫度作用。按結(jié)構(gòu)整體升溫20℃、降溫20℃計(jì)算。

(4)梯度溫度作用。橋面鋪裝為10 cm的瀝青混凝土面層，豎向日照正溫差按照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTJ D60-2004)表4.3.10-3取值，即T1=16.4℃，T2=5.98℃；豎向日照反溫差為正溫差乘以-0.5。

(5)制動(dòng)力。按照汽車(chē)重力荷載的10%選取，根據(jù)《通用規(guī)范》進(jìn)行橫向折減。只考慮同向車(chē)道： (10.5×166+360)×10%×2=420.6 kN。

4 結(jié)構(gòu)計(jì)算

4.1 計(jì)算模型

整體結(jié)構(gòu)分析模型采用有限元分析軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，所有構(gòu)件均以梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬。根據(jù)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)分析的需要，全橋離散為386個(gè)單元，439個(gè)節(jié)點(diǎn)，見(jiàn)圖4～圖6。

圖4 整體模型三維視圖一

圖5 整體模型三維視圖二(鈍化樁基)

圖6 成橋邊界示意

4.2 計(jì)算結(jié)果

4.2.1 預(yù)應(yīng)力梁混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼束應(yīng)力及鋼材應(yīng)力容許值

根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ D62-2004)的規(guī)定,各階段構(gòu)件截面邊緣混凝土的應(yīng)力應(yīng)滿足表1要求。

表1 預(yù)應(yīng)力梁混凝土C50應(yīng)力容許值

根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ D62-2004)第7.1.5條的規(guī)定,未開(kāi)裂構(gòu)件受拉區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋的最大拉應(yīng)力應(yīng)滿足下列要求：

σpe+σp≤0.65fpk=1 209 MPa

4.2.2 梁部縱向計(jì)算

本橋主梁計(jì)算按全預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)，各項(xiàng)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 梁部縱向計(jì)算結(jié)果

注:表中應(yīng)力壓為“+”,拉為“-”。

4.2.3 主梁剛度檢算

根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D62—2004)第6.5.3條的相關(guān)規(guī)定，受彎構(gòu)件在使用階段的撓度應(yīng)考慮荷載長(zhǎng)期效應(yīng)的影響。本橋主梁采用C50混凝土，其撓度長(zhǎng)期增長(zhǎng)系數(shù)ηθ=1.425。在消除結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的長(zhǎng)期撓度后，主梁的最大撓度不超過(guò)計(jì)算跨徑的1/600。主梁在消除結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的長(zhǎng)期撓度值見(jiàn)表3。

表3 主梁正常使用極限狀態(tài)撓度驗(yàn)算

根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTG D62—2004) 第6.5.5條的相關(guān)規(guī)定，經(jīng)計(jì)算，箱梁在預(yù)加應(yīng)力產(chǎn)生的長(zhǎng)期反拱值大于按照荷載短期效應(yīng)組合計(jì)算的長(zhǎng)期撓度,不需設(shè)置預(yù)拱度。

4.2.4 支座反力

支座反力見(jiàn)表4。

表4 支座豎向反力

續(xù)表4

注：本表所示豎向支反力壓力為“-”，拉力為“+”。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)(45+76+45)m變截面連續(xù)箱梁支架現(xiàn)澆設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中的梁部結(jié)構(gòu)構(gòu)造、施工方案、計(jì)算荷載、計(jì)算結(jié)果等進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。計(jì)算表明，合理的邊中比可以使結(jié)構(gòu)更加合理，也使鋼束布置更為簡(jiǎn)單。同時(shí)，支架現(xiàn)澆與掛籃懸臂澆筑設(shè)計(jì)相比，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

(1)由于連續(xù)梁支架現(xiàn)澆與掛籃懸臂澆筑施工工藝不同，所以設(shè)計(jì)過(guò)程中預(yù)應(yīng)力束的布置、施工工況、節(jié)段施工順序和施工方法都完全不同，結(jié)構(gòu)受力也有所不同；施工過(guò)程中邊界條件是有所不同的，但是體系轉(zhuǎn)換結(jié)束后邊界條件是相同的。

(2)支架現(xiàn)澆與掛籃懸臂澆筑施工相比，結(jié)構(gòu)尺寸、荷載及荷載組合是相同的，但是施工過(guò)程中的荷載大小和加載順序是不同的。

(3)支架現(xiàn)澆與掛籃懸臂澆筑施工相比，支架現(xiàn)澆施工工期將會(huì)大大縮短、施工方法相對(duì)簡(jiǎn)單、線形控制更加容易、梁體外觀相對(duì)美觀，所以在橋墩較矮、交通方便、地形條件比較好的情況下，大跨度連續(xù)梁橋可以多考慮采用支架分段現(xiàn)澆施工。