湖北神農溪副主橋大跨連續剛構主體設計

吳曉勤 劉 勇

(中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北 武漢 430056)

湖北神農溪副主橋大跨連續剛構主體設計

吳曉勤 劉 勇

(中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北 武漢 430056)

對湖北神農溪特大橋副主橋進行了靜力分析和穩定分析，并根據底板崩裂的機理和破壞的情況，闡述了徑向力、箍筋應力的計算過程，結果表明：該橋靜力和穩定性均滿足規范要求。

連續剛構，高墩，結構分析，穩定性

1 概述

神農溪特大橋副主橋為湖北宜昌至巴東高速公路上的一座大橋，此橋垂直跨越神農溪“U”形峽谷。橋址所在地區為單斜地質構造區，橋址區覆蓋層較薄，地基地層自地表往下依次是：第四系全新統(Q4)松散堆積層(覆蓋層)，下三疊統嘉陵江組白云質灰巖、灰巖、鹽溶角礫狀灰巖等。

副主橋橋跨布置為(80+150+80)m連續剛構；主墩墩高分別為59 m,91 m。其立面布置如圖1所示。

2 主要技術標準

1)設計行車速度：80 km/h。2)荷載等級：公路—Ⅰ級，無人群荷載。3)橋寬：左右線橋寬布置為0.5 m+11.0 m(行車道)+0.5 m(防撞護欄)。4)地震烈度：基本地震加速度值a=0.05g，設計地震加速度值a=0.10g。

3 結構設計

3.1 主梁上部構造

副主橋(80+150+80)m連續剛構上部結構為變截面單箱單室懸澆箱梁，其頂板橫向長度為12.0 m，底板橫向長度為6.5 m，單側懸臂長2.75 m。主墩處箱梁高9.2 m，主跨跨中梁高3.2 m，按二次拋物線變化。箱梁頂板沿全橋等厚布置成28 cm，腹板從根部至跨中依次采用70 cm，55 cm,40 cm三種厚度，底板厚度由根部90 cm變化至跨中32 cm。懸澆箱梁采用C55混凝土，0號節段共長14 m，每個懸澆“T”部分沿順橋向對稱劃分為18個節段(10×3.5 m+8×4 m)，節段懸澆總長為68.5 m。邊跨現澆段長4 m，邊、中跨合龍段長均為2 m。箱梁在橋墩處設置四道厚度為0.7 m的橫隔板，中跨跨中及邊跨梁端分別設置一道厚度為0.3 m及1.2 m的橫隔板。箱梁典型橫截面構造如圖2所示。

主橋上部箱梁設計為三向全預應力混凝土結構，縱、橫向預應力鋼束采用標準強度fpk=1 860 MPa的高強度低松弛鋼絞線，松弛率小于0.035，管道偏差系數為0.001 5、摩阻系數為0.17。箱梁縱向鋼束采用大噸位群錨體系；頂板橫向鋼束采用扁錨體系；豎向預應力在靠近主墩的一定范圍內采用低松弛鋼筋線，其余部分采用精軋螺紋鋼筋。豎向預應力均采用單端張拉方式，張拉端設在梁頂，對采用精軋螺紋鋼筋的豎向預應力輔以采用千斤頂進行二次張拉，扭力扳手進行錨固等措施。

3.2 下部結構

連續剛構橋的墩梁固結，此特性表明墩與梁的彎矩分配決定于兩者的相對剛度。對于高墩連續剛構，主墩的剛度在很大程度上會影響到主橋結構受力。因此，上部箱梁的縱、橫向剛度控制著主墩結構尺寸。

神農溪副主橋主墩墩身采用雙肢等截面矩形空心墩，肢間凈距5.0 m，單肢截面尺寸6.5 m×3.0 m，順橋向壁厚0.7 m，橫橋向壁厚0.7 m，如圖3所示。

3.3 整體結構靜力分析

全橋采用中交二公院橋梁結構分析軟件橋梁綜合程序JSL-Brgcal3進行結構靜力計算。橋梁模型共劃分181個單元，其中梁單元97個，墩單元84個，劃分86個施工階段，結構離散圖如圖4所示?？紤]到橋位地質條件較好，基樁均為嵌巖樁，承臺剛度較大，計算模型中將主墩承臺底支撐條件按剛性固結處理。

靜力分析中考慮了掛籃荷載、合龍段施工、全橋體系轉換等施工工況；運營階段考慮了支點不均勻沉降、非線性溫差、整體升降溫、風荷載和活載等作用。各階段應力計算值如表1所示。

活載作用下主梁中跨跨中最大撓度為51 mm，為橋梁跨度的1/2 941，結構具有良好的剛度。

通過對結構計算分析，并按規范進行驗算，主梁正截面抗裂、斜截面抗剪、結構強度及剛度均滿足規范要求。

表1 箱梁計算主要指標表 MPa

3.4 橋墩穩定分析

本橋主墩采用雙肢薄壁墩，此墩可以很好的適應縱向變形，能在懸澆施工階段主墩兩側受力不平衡的狀態下，抵抗由不平衡力產生的彎矩，保障橋梁安全。同時，也可以通過調整薄壁墩尺寸及系梁構造來控制橋墩縱向抗推剛度，減小結構次內力，提高高墩穩定性[1]。神農溪副主橋主墩墩高最高為91 m，選取最高主墩計算分析其施工階段的受力及穩定性。隨著懸臂長度的增大，上部結構質量越來越大，導致橋梁結構柔度增加，其抗扭剛度亦迅速下降，結構更容易發生振動而導致失穩。選取結構最大懸臂狀態進行屈曲分析，其第1階、第2階失穩如圖5所示。其一階屈曲系數為9.0，滿足規范穩定性要求。

3.5 箱梁底板防崩分析

本橋箱梁底板按二次拋物線過渡，底板處布置的縱向鋼束在曲線段將產生較大的徑向力，此徑向力對箱梁底板將產生彎矩，若底板的橫向鋼筋配置不足，將產生縱向裂縫，還易導致底板混凝土的劈裂[2]。因此，應保證底板箍筋和跨中底板的局部剛度有足夠的安全儲備。

關于徑向力的抵抗力的計算，可偏安全的考慮由底板防崩鋼筋來承受，根據徑向力和防崩箍筋的平衡關系，可得出如下等式：

γq=fsv1Asv1

(1)

q=q1+q2+q3

(2)

其中，q1為預應力鋼束曲率產生的徑向下崩力；q2為鋼束管道曲線直化產生的徑向下崩力；q3為中跨合龍誤差產生的徑向下崩力。

通常預應力束各點的曲率半徑不同，則在各點產生的徑向力不同，取某一微梁段為分析對象[3]，則有：

q=T/R

(3)

(4)

則有：

(5)

神農溪副主橋底板箍筋配置驗算結果如表2所示。

表2 中跨底板束防崩驗算

由表2可知底板箍筋應力水平滿足規范要求。

4 結語

1)對于高墩連續剛構，主墩的剛度在很大程度上將影響到主橋結構受力。因此，上部箱梁的縱、橫向剛度控制著主墩結構尺寸。2)通過對高墩穩定分析可看出，懸臂越大其上構質量也越大，導致橋梁結構柔度增加，其抗扭剛度亦迅速下降，結構更容易發生振動而導致失穩。3)箱梁底板處預應力鋼束產生的徑向下崩力可以由底板箍筋平衡，故合理布置底板箍筋可以有效減小并延緩底板混凝土縱向裂縫。

[1] 彭元誠.超高墩連續剛構橋設計中的關鍵技術[J].橋梁建設，2006(4):30-33.

[2] 嚴允中.連續剛構橋箱梁底板崩裂原因及預防措施[J].公路交通技術，2006(6):55-56.

[3] 肖 毅.談連續剛構橋荷載試驗[J].山西建筑，2014，40(8)：225-227.

[4] 包立新，楊廣來，楊文軍.對連續剛構橋底板開裂問題的探討[J].公路，2004(8):65-68.

The main design of continuous rigid frame bridge of Hubei Shennong stream side main bridge big span

Wu Xiaoqin Liu Yong

(CCCCSecondHighwaySurveyandDesignResearchInstituteLimitedCompany,Wuhan430056,China)

This paper made static analysis and stability analysis on Hubei Shennong stream super bridge side main bridge, and according to the mechanism and failure situation of bottom plate collapse, elaborated the calculation process of radial force, stirrup stress, the result showed that: the static and stability of bridge could meet the specification requirements.

continuous rigid frame bridge, high pier, structure analysis, stability

2015-02-10

吳曉勤(1987- )，男，助理工程師； 劉 勇(1984- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)12-0189-02

U448.215

A