金沙江特大橋主橋靜力計算分析

王 晨

(中鐵大橋勘測設計院集團有限公司，湖北武漢 430056)

1 概述

金沙江特大橋是溪洛渡水電站對外交通公路專用線的控制工程，孔跨布置為2×30 m預應力混凝土簡支組合箱梁(橋面連續)+(87+158+87)m預應力混凝土連續剛構+1聯6×30 m預應力混凝土先簡支后連續組合箱梁，橋面布置為0.5 m防撞墻+9.0 m～10.0 m行車道+0.5 m防撞墻，主橋最高處距離地面約80 m。

橋梁全長579.0 m，其中引橋長247.0 m，主橋全長332.0 m。橋面全寬10 m～11 m。橋梁總面積5 833 m2。

本文主要介紹主橋(87+158+87)m預應力混凝土連續剛構梁部計算。

2 主要設計標準

1)道路等級:汽車專用二級公路。

2)計算行車速度:40 km/h。

3)設計荷載:汽—超20級。

4)驗算荷載:掛—250(計算圖式見圖1)。設計規定掛車通行時，限制速度5 km/h，并沿橋梁中線居中行駛，同時不得有其他車輛上橋。掛車車輪著地寬度:縱向0.2 m，橫向0.5 m。

圖1 掛車荷載布置圖

5)橋面寬度。

a.直線上 0.5 m(防撞護欄)+9.0 m(行車道)+0.5 m(防撞護欄)，橋梁總寬度10.0 m(主橋均位于直線上);

b.圓曲線上橋梁內側加寬1.0 m;

c.緩和曲線段加寬采用高次拋物線過渡;

d.橋臺與路基同寬:直線上10.5 m，曲線上 11.5 m。

6)設計洪水頻率:1/100;驗算洪水頻率:1/300。

7)向家壩水庫回水位380.00 m。

8)地震基本烈度:按8度(地震動峰值加速度0.20g，動反應譜特征周期0.4 s)設計。

9)場地土Ⅱ類。

3 主橋梁部結構設計

3.1 主橋箱梁結構

箱梁采用單箱單室截面，箱頂寬10 m，底寬6.5 m，兩側懸臂長1.75 m。橋面橫坡系1.5%人字坡，由箱梁頂板厚度調整。箱梁中心處頂板厚度為0.30 m，懸臂根部厚度為0.65 m，底板厚0.3 m ～0.8 m，腹板厚0.3 m ～0.8 m。梁端縱向 0.70 m 范圍內，箱梁頂板加厚至0.65 m，并在0.90 m范圍內過渡到正常板厚。主橋立面簡圖見圖2。

圖2 主橋立面簡圖（單位：cm）

主墩處支點梁高8.2 m(箱梁懸臂端外側至梁底)，主跨跨中及邊跨端部現澆段梁高3.4 m(箱梁懸臂端外側至梁底)，箱梁下緣曲線為 1.6 次拋物線，曲線方程 Y= －0.004 903 097 00X1.6(支點處及跨中處箱梁構造見圖3，圖4)。

圖3 支點截面（單位：cm）

圖4 跨中截面（單位：cm）

箱梁梁端各設一道端橫隔板，厚1.6 m;兩主墩墩壁附近各設兩道厚1.2 m的中橫隔板，隔板中心距4.8 m。中橫隔板設寬1.2 m、高1.6 m 的過人洞，端橫隔板設寬 1.2 m、高 1.3 m 的過人洞。

箱梁根部底板設φ10 cm排水孔，各梁段腹板設φ10 cm通風孔。

3.2 主橋箱梁材料

1)混凝土。

合龍段:50號微膨脹混凝土;

其余梁段:50號混凝土;

孔道壓漿:50號微膨脹水泥漿;

主橋墩身:40號混凝土;

主橋承臺:25號混凝土;

主橋鉆孔樁:水下25號混凝土。

2)預應力體系。

頂板T束采用19φj15.24 mm鋼絞線，配用群錨M15-19錨具錨固，采用內徑100 mm塑料波紋管成孔。腹板鋼束及連續鋼束均采用15φj15.24 mm鋼絞線，配用群錨M15-15錨具錨固，采用內徑100 mm塑料波紋管成孔。

橫向預應力鋼束采用3φj15.24 mm鋼絞線，配用 BM15-3，BM15-3P扁錨錨固，采用內徑60 mm×20 mm塑料扁形波紋管成孔，鋼束間距75 cm左右，單端張拉，張拉端與錨固端交錯布置，錨下控制張拉應力

豎向預應力及0號段橫隔板橫向預應力鋼筋采用JL800精軋螺紋鋼筋，彈性模量 Eg=2.0 ×105MPa，屈服強度 R0.2≥800 MPa，鋼筋直徑32 mm，配用JLM-32錨具錨固，采用內徑50 mm塑料波紋管成孔，錨下控制張拉應力。0號～14號梁段每側腹板按雙排設置，其余梁段按單排設置。

主橋縱、橫、豎向預應力孔道壓漿均采用真空灌漿工藝。

4 主橋梁部結構分析及設計參數

4.1 箱梁結構分析

箱梁按三向預應力體系設計，按平面桿系有限元法分析計算，結構縱向采用BSAS橋梁結構分析程序計算。結構按全預應力構件進行計算，同時豎向預應力作為預應力儲備在縱向計算中不考慮其預應力效應。同時采用基礎等剛度代換為“π”形短柱，以考慮樁與地基土組合的效應對主橋結構的影響。3，4號墩頂的0號梁段長10 m，其“T構”的懸臂施工分為19對梁段，從懸臂根部到跨中的梁段長度為:5×3.0 m+5×3.5 m+9×4.5 m，施工掛籃重1 000 kN，中跨跨中合龍吊架重300 kN，懸臂澆筑梁段最大控制重量1 640.7 kN。邊跨現澆段長7.26 m，邊跨、中跨合龍段長度為2.0 m。懸臂施工每個梁段的施工工序分移動掛籃、澆筑混凝土、張拉預應力鋼束3個工序。箱梁合龍即結構進行體系轉換，是控制橋梁受力狀況和線形的關鍵工序，故箱梁的合龍順序、合龍溫度均須嚴格控制。主橋設計合龍順序為:拆除施工掛籃→安裝中跨合龍吊架、預施1 500 kN水平頂力→中跨合龍→邊跨合龍(在落地支架上)。中跨合龍段在合龍吊架上澆筑，邊跨合龍段在落地支架上澆筑。綜合考慮各梁段施工、中跨及邊跨合龍等工序，共劃分為69個計算階段。

4.2 箱梁縱向截面設計參數

1)計算荷載。

a.恒載。考慮結構自重、混凝土收縮徐變、預應力、基礎不均勻沉降等;

二期恒載集度為:47.1 kN/m;

基礎不均勻沉降:相鄰兩基礎不均勻沉降值取4 cm。

b.活載。設計荷載:汽—超20，驗算荷載:掛—250;

主梁偏載系數取1.10。

c.溫度荷載。混凝土線膨脹系數0.000 01;

結構整體升、降溫按±15℃考慮;

橋面板不均勻升溫按5℃。

2)荷載組合。

a.荷載組合Ⅰ。結構重力+預加應力+收縮徐變+基礎變位+活載(汽—超20級)。

b.荷載組合Ⅱ。結構重力+預加應力+收縮徐變+基礎變位+體系升溫荷載+頂板升溫+活載(汽—超20級)+制動力。

結構重力+預加應力+收縮徐變+基礎變位+體系降溫荷載+活載(汽—超20級)+制動力。

c.荷載組合Ⅲ。結構重力 +預加應力+收縮徐變+活載(掛—250)。

d.以上荷載組合按天然河床、最大沖刷兩種情況分別組合計算。

3)結構計算參數。

a.混凝土。主梁采用50號混凝土，有關參數如下:

彈性模量Eh=3.5×104MPa，標準抗壓強度

徐變系數終極值2.3，收縮應變終極值0.000 15;

混凝土計算容重γ=27.3 kN/m3。

主墩墩身采用40號混凝土，有關參數如下:

彈性模量Eh=3.3×104MPa，標準抗壓強度

邊墩墩身、承臺、樁基均采用25號混凝土，有關參數如下:彈性模量Eh=2.85×104MPa，標準抗壓強度

b.預應力鋼束。縱、橫向預應力采用φj15.24高強度低松弛鋼絞線，有關參數如下:

彈性模量Ey=1.95×105MPa，標準抗拉強度

管道摩擦系數μ=0.14，管道偏差系數k=0.002;

鋼絲松弛系數ζ=0.035，單端錨具回縮值ΔL=6 mm;

豎向預應力采用φ32 mm精軋螺紋鋼筋，有關參數如下:

彈性模量Ey=2.0×105MPa，標準抗拉強度張拉控制應力

c.普通鋼筋。普通鋼筋采用Ⅰ級和Ⅱ級鋼筋，有關參數如下:

Ⅰ級鋼筋:彈性模量Eg=2.1×105MPa，鋼筋標準強度240 MPa;

Ⅱ級鋼筋:彈性模量Eg=2.0×105MPa，鋼筋標準強度340 MPa。，混凝土計算容重 γ =26 kN/m3。

5 主橋梁部結構計算結果

5.1 主橋箱梁設計標準

1)箱梁正截面設計及驗算。

箱梁正截面采用全預應力理論按三向預應力結構設計。

a.在使用荷載作用下，箱梁上、下緣的法向應力按如下標準控制:

b.在使用荷載作用下，預應力鋼束應力按如下標準控制:

2)箱梁斜截面檢算。

在使用荷載作用下，預應力混凝土箱梁的計算主拉應力、主壓應力應控制標準:

荷載組合Ⅰ:

荷載組合Ⅱ或Ⅲ:

5.2 計算結果

1)箱梁正截面及斜截面應力結果見表1。

表1 主橋箱梁應力驗算結果表 MPa

鋼束有效應力最大應力比0.588，滿足規范0.65的要求。

2)全橋承載能力極限承載能力狀態安全系數見表2。

表2 主橋箱梁強度驗算結果表 kN

6 結語

溪洛渡水電站對外交通公路專用線金沙江特大橋(87+158+87)m預應力混凝土連續剛構是采用掛—250特殊荷載設計的橋梁，本文詳細介紹了該橋概況、主要技術標準及建設條件、主橋靜力計算及分析結果，可以為相關橋式橋梁的平面靜力分析提供參考。

［1］JTJ 021-89，公路橋涵設計通用規范［S］.

［2］JTJ 021-85，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］.