虎門二橋62.5m跨預(yù)制節(jié)段拼裝PC連續(xù)剛構(gòu)橋上部結(jié)構(gòu)設(shè)計

劉海龍，徐德志

(廣東省公路勘察規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司)

1 概 述

虎門二橋工程起于廣州市番禺區(qū)東涌鎮(zhèn)，順接南二環(huán)高速公路，同時與廣珠北線高速公路連接，經(jīng)廣州市番禺區(qū)、南沙區(qū)、先后跨越大沙水道、海鷗島、坭洲水道后，穿越虎門港進入東莞市沙田鎮(zhèn)，終點與廣深沿江高速公路相接，并預(yù)留東延穿越厚街鎮(zhèn)、大嶺山至寮步鎮(zhèn)出口。虎門二橋工程上游距珠江黃埔大橋約20 km，下游距虎門大橋約10 km。本項目的建設(shè)，對于緩解虎門大橋交通壓力、改善珠江番莞兩岸交通流結(jié)構(gòu)，完善廣東省高速公路網(wǎng)、保障珠江兩岸交通安全，均衡珠江兩岸經(jīng)濟發(fā)展、促進珠江兩岸經(jīng)濟崛起、實施廣東省《珠江三角洲地區(qū)改革發(fā)展規(guī)劃綱要》將起到至關(guān)重要的作用。

本項目部分引橋采用62.5 m 跨徑的預(yù)制節(jié)段拼裝PC連續(xù)剛構(gòu)橋的結(jié)構(gòu)形式，其所用到的節(jié)段拼裝技術(shù)和體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)目前已成為新建混凝土梁橋的核心技術(shù)。

2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計

節(jié)段預(yù)制箱梁標(biāo)準(zhǔn)寬度20 m，采用單箱雙室的斷面形式，懸臂長度3.6 m，箱室寬5.4 m，外腹板設(shè)計為斜腹板，斜率1/2.5。箱梁高度按等梁高設(shè)計，高3.6 m。

箱梁頂板厚度28 cm，底板厚度跨中為27 cm，在接近墩頂處通過4 次加厚變化成47 cm。中腹板厚度跨中為40 cm，邊腹板為45 cm，與底板變厚方式相同，中腹板在墩頂增加為60 cm，邊腹板在墩頂增加為65 cm。

橋梁縱橋向根據(jù)具體情況分為3 跨、4 跨或5 跨一聯(lián)，邊跨由:3 m 預(yù)制節(jié)段+2 ×2.55 m 預(yù)制節(jié)段+8 ×3 m 預(yù)制節(jié)段+0.2 m 濕接縫+6 ×3 m 預(yù)制節(jié)段+4 ×2.55 m 預(yù)制節(jié)段+3.7 m 墩頂預(yù)制節(jié)段/2 組成，中跨由:3.7 m 墩頂預(yù)制節(jié)段/2 +4 ×2.55 m 預(yù)制節(jié)段+6 ×3 m 預(yù)制節(jié)段+0.2 m濕接縫+2 m 跨中合龍預(yù)制節(jié)段+0.2 m 濕接縫+6 ×3 m預(yù)制節(jié)段+4 ×2.55 m 預(yù)制節(jié)段+3.7 m 墩頂預(yù)制節(jié)段/2組成，伸縮縫梁端距橋跨分界線15 cm。上部結(jié)構(gòu)采用C55混凝土，墩頂預(yù)制段最重，重約186.1 t，跨中合龍預(yù)制節(jié)段最輕，重約78.2 t。

端橫隔梁厚2.25 m，中橫隔梁厚3.2 m。橫隔梁采取部分后澆的形式，在預(yù)制部分和后澆部分澆筑面上設(shè)置兩條貫通箱梁腹板和頂?shù)装宓募袅Σ郏员ＷC新舊混凝土的黏結(jié)質(zhì)量。端橫隔梁剪力槽深10 cm，寬45 cm，中心距90 cm，中橫隔梁剪力槽深10 cm，寬60 cm，中心距190 cm。由于箱梁設(shè)有縱向體外預(yù)應(yīng)力束，其梁端錨固點位于端橫隔梁上，為了抵抗體外束在端橫隔梁內(nèi)產(chǎn)生的拉應(yīng)力，在端橫隔梁內(nèi)側(cè)面設(shè)置了三層共30 束規(guī)格為5φs15.2 的豎向預(yù)應(yīng)力束。

箱梁縱向預(yù)應(yīng)力體系采用體內(nèi)束加體外束的形式。其中，懸臂拼裝施工階段的鋼束采用體內(nèi)束，整聯(lián)拼裝完成后張拉整跨和兩跨、三跨通長體外束。體外束采用規(guī)格為27φs15.2 的填充型環(huán)氧涂層鋼絞線。體內(nèi)束張拉控制應(yīng)力取1 395 MPa，體外束張拉控制應(yīng)力取1 209 MPa。體外束與體內(nèi)束的用量比例為1 ∶2.45。

預(yù)制節(jié)段間采用環(huán)氧樹脂黏結(jié)接縫。在端部匹配面上設(shè)置剪力鍵，如圖1 剪力鍵布置圖。剪力鍵深4 cm，在中腹板處其與腹板同寬，在邊腹板處，為了美觀考慮，其寬度比腹板窄6 cm，間隔24 cm 在一個腹板上共布置10 個剪力鍵。頂、底板處以及頂?shù)装搴透拱褰唤缣幐鶕?jù)結(jié)構(gòu)斷面尺寸，亦設(shè)置寬高合適的剪力鍵。

節(jié)段拼裝的施工步驟是:(1)在接縫處滿涂環(huán)氧樹脂;(2)匹配下一梁段并張拉臨時預(yù)應(yīng)力，保證接縫間壓應(yīng)力不小于0.3 MPa 至環(huán)氧固化;(3)張拉相應(yīng)懸拼鋼束并灌漿;(4)進行下一梁段施工。

圖1 剪力鍵布置圖

3 上部結(jié)構(gòu)計算

3.1 施工階段劃分和計算模型

結(jié)構(gòu)計算利用專業(yè)橋梁分析軟件MidasCivil2012 進行。共劃分21 個施工階段，施工階段劃分見表1。

表1 施工階段劃分表

3.2 計算荷載及荷載組合

上部結(jié)構(gòu)計算中所考慮的荷載有:恒載、活載、預(yù)應(yīng)力、溫度、基礎(chǔ)沉降、制動力、風(fēng)荷載以及施工荷載。

荷載組合按照《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

3.3 設(shè)計計算內(nèi)容

上部結(jié)構(gòu)按全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件進行設(shè)計。根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG D62－2004)和《公路體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計指南(送審稿)》進行如下內(nèi)容的驗算:

(1)持久狀況承載能力極限狀態(tài)截面強度計算;(2)持久狀況正常使用極限狀態(tài)抗裂計算;

(3)持久狀況構(gòu)件的應(yīng)力計算;

(4)短暫狀況構(gòu)件的應(yīng)力計算。

3.4 計算結(jié)果

(1)持久狀況承載能力極限狀態(tài)計算

(2)持久狀況正常使用極限狀態(tài)計算

圖2 結(jié)構(gòu)抗彎、抗剪承載能力包羅圖

短期效應(yīng)組合下混凝土正截面(封錨端除外)上下緣均未出現(xiàn)拉應(yīng)力，上緣最小壓應(yīng)力為－1.2 MPa，最大壓應(yīng)力為－13 MPa，下緣最小壓應(yīng)力為－ 2 MPa，最大壓應(yīng)力為－13.8 MPa。滿足規(guī)范要求。

短期效應(yīng)組合下混凝土斜截面(封錨端及墩頂橫梁除外)主拉應(yīng)力在墩頂附近最大為0.94 MPa，其余位置都在0.5 MPa以下，滿足規(guī)范要求。

(3)持久狀況構(gòu)件的應(yīng)力計算

在使用荷載作用下，持久狀態(tài)預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的法向壓應(yīng)力(扣除全部預(yù)應(yīng)力損失)上緣最大為－17.4 MPa，下緣最大為－14.3 MPa。持久狀態(tài)預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的主壓應(yīng)力最大為－18.1 MPa，滿足規(guī)范要求。

(4)使用階段預(yù)應(yīng)力鋼束應(yīng)力驗算

使用階段預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件中預(yù)應(yīng)力鋼筋的拉應(yīng)力最大為1 194 MPa，滿足規(guī)范要求。

(5)短暫狀況構(gòu)件的應(yīng)力計算

短暫狀態(tài)下預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的壓應(yīng)力為－15.6 MPa，滿足規(guī)范要求。

3.5 結(jié)語

隨著現(xiàn)代橋梁技術(shù)的發(fā)展，節(jié)段預(yù)制拼裝技術(shù)和體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)因具有理論先進、施工標(biāo)準(zhǔn)化程度高，速度快、對環(huán)境影響小等優(yōu)勢。在以后的橋梁工程項目中宜優(yōu)先考慮此技術(shù)。

通過采用空間桿系有限元模型對橋梁整體進行模擬計算，可以得出:箱梁斷面形式、梁高、預(yù)應(yīng)力配置合適，結(jié)構(gòu)是安全可靠的。

［1］公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范(JTG D62－2004)［S］.

［2］武煥陵，崔冰，李宗平，等.南京長江第四大橋預(yù)制節(jié)段拼裝箱梁的技術(shù)特色［J］.現(xiàn)代交通技術(shù)，2011，(6):26－29.