小半徑曲線連續(xù)箱梁橋設(shè)計

鄔海波

（遵義市交通勘察設(shè)計有限公司 遵義市 563000）

小半徑曲線連續(xù)箱梁橋設(shè)計

鄔海波

（遵義市交通勘察設(shè)計有限公司 遵義市 563000）

結(jié)合枧壩橋小半徑曲線連續(xù)箱梁設(shè)計的成功經(jīng)驗，詳細闡述了小半徑連續(xù)箱梁的設(shè)計情況和設(shè)計體會，可供小半徑曲線梁的設(shè)計參考。

小半徑曲線；連續(xù)箱梁橋；設(shè)計

隨著經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，在公路和市政工程中，由于地形限制，為了減小建設(shè)用地和征地拆遷，小半徑曲線橋梁，尤其是小半徑曲線連續(xù)箱梁橋修建越來越多。由于連續(xù)箱梁的受力和結(jié)構(gòu)特點，在小半徑曲線橋梁中得到了廣泛的應(yīng)用。

1 工程概況

枧壩橋位于擬建S101綏陽至寬闊公路改建工程（二級公路）的K20+141處，跨越黃魚江支流小河溝，為一季節(jié)性溝槽。該橋設(shè)計橋型布置圖見圖1，為4×16.0m的鋼筋混凝土連續(xù)箱梁，橋梁全長為74m，橋?qū)?1.5m；橋面縱坡為-3%，最大橋高約12m。橋臺采用重力式橋臺，基礎(chǔ)為樁基承臺基礎(chǔ)。要求嵌入中風化完整基巖不得小于3倍樁徑，單軸飽和抗壓強度不得低于20MPa。橋墩雙柱式圓形截面墩，柱徑1.5m；基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)，樁徑1.6m，要求嵌入完整中風化基巖深度不小于3倍樁徑，巖石單軸飽和抗壓標準值不小于20MPa。上部結(jié)構(gòu)為4× 16m單箱雙室等截面鋼筋混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，箱梁高度130cm，每側(cè)翼緣寬200cm，腹板厚50cm，頂板厚25cm，底板厚20cm，箱梁位于直線、緩和曲線及圓曲線上，圓曲線半徑60m。在橋臺臺口處設(shè)置80mm的GQF-C-1型伸縮縫。橋面結(jié)構(gòu)采用8cm厚C40混凝土整體現(xiàn)澆層+防水層+9cm厚瀝青混凝土。箱梁采用滿堂支架現(xiàn)澆施工。箱梁不設(shè)置預(yù)拱度。橋面寬度：凈10.5m+2×0.5m，全寬11.5m，按3車道計算；設(shè)計荷載：公路Ⅰ級；設(shè)計基準期：100年；設(shè)計安全等級：二級；結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)：1.0；環(huán)境類別：Ⅰ級。

2 橋梁設(shè)計

2.1主要材料及材料性能

采取以下措施提高混凝土的耐久性，增強其抗裂、防滲性能。水泥：選用低水化熱（如中熱硅酸鹽水泥）和低含堿量水泥，不應(yīng)采用早強水泥和C3A含量高的水泥。水泥強度應(yīng)與混凝土設(shè)計強度相適應(yīng)。最小水泥用量：普通混凝土構(gòu)件為300kg/m3。粗骨料：采用由石灰?guī)r制成的碎石。巖石的抗壓強度與混凝土強度等級之比大于或等于C30的混凝土，比值應(yīng)不小于2，其他級別混凝土比值應(yīng)不小于1.5。細骨料：采用質(zhì)地堅硬、清潔、級配良好的中粗砂。細度模數(shù)宜在2.2～3.0（天然砂）和2.4～2.8（人工砂）范圍內(nèi)。砂率用35%，當要求大流動性時砂率不得超過40%，砂中的雜質(zhì)含量應(yīng)嚴格控制在JTJG/T F50-2011允許的范圍內(nèi)。細骨料含水率應(yīng)保持穩(wěn)定，其表面含水率應(yīng)小于4%。水灰比：應(yīng)在0.25～0.4之間選用，水灰比應(yīng)嚴格控制，向低值靠近。最大水灰比為0.55。堿含量：應(yīng)限制水泥、集料和水等材料中的含堿總量。普通混凝土構(gòu)件堿含量不應(yīng)超過3.0kg/m3。氯離子含量：混凝土中氯離子含量（氯離子與水泥的重量比）：普通混凝土構(gòu)件應(yīng)不大于0.30%。鋼筋的混凝土保護層：應(yīng)嚴格按設(shè)計圖安裝鋼筋，準確定位，確保保護層厚度不小于設(shè)計值，但也不應(yīng)大于設(shè)計值10mm。水泥：應(yīng)采用高品質(zhì)的強度等級為42.5的硅酸鹽水泥，同一座橋的主體結(jié)構(gòu)應(yīng)采用同一品種水泥。粗骨料：應(yīng)采用連續(xù)級配，碎石宜采用錘擊式破碎生產(chǎn)。碎石最大粒徑不宜超過25mm，以防混凝土澆注困難或振搗不密實。采用混凝土、鋼筋分別見表1和表2。縱向主筋采用直徑28mm的HRB400鋼筋，箍筋采用直徑12mm的HPB300鋼筋。混凝土總量474m3，鋼筋總量116.7t。

表1　混凝土性能

表2　鋼筋性能

2.2設(shè)計驗算

采用梁格法計算，將曲線箱梁離散為梁格模型，按照D62《鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定驗算結(jié)構(gòu)的正截面抗彎承載能力、斜截面抗剪承載能力、抗扭承載能力、裂縫寬度。采用計算模型見圖2。節(jié)點數(shù)量235，單元數(shù)量384，其中，43～168為3個腹板建立的縱梁單元。施工階段步驟如下：施工階段1：CS1，持續(xù)時間30d，澆注箱梁；施工階段2：CS2，持續(xù)時間10d，澆注鋪裝及護欄；施工階段3：CS3，持續(xù)時間3650d，收縮徐變。

2.2.1荷載工況及荷載組合

（1）自重。自重系數(shù)-1.04。

（2）整體升降溫。降溫溫度 -20.00℃，升溫溫度25.00℃。

（3）梁截面溫度（溫度梯度），梯度溫度采用如圖3所示的豎向梯度溫度曲線。

（4）徐變收縮。收縮齡期3d；構(gòu)件理論厚度1m；由程序自動計算各構(gòu)件的理論厚度。

（5）可變荷載。活載：汽車荷載，橋梁等級為公路Ⅰ級；對于汽車荷載縱向整體沖擊系數(shù)μ，當f＜1.5Hz時，μ=0.05；當1.5Hz＜f≤14Hz時，μ=0.1767ln（f）-0.0157；當 f＞14Hz時，μ=0.45。根據(jù)規(guī)范，計算正彎矩效應(yīng)和剪力效應(yīng)的結(jié)構(gòu)基頻f1=11.56Hz，沖擊系數(shù)μ1=0.417；計算負彎矩效應(yīng)的結(jié)構(gòu)基頻f2=20.08Hz，沖擊系數(shù)μ2=0.450。（6）荷載組合見表3。計算內(nèi)力見圖4。

表3　荷載工況及荷載組合荷載工況

2.2.2持久狀況承載能力極限狀態(tài)驗算

C40混凝土HRB400鋼筋，截面受壓區(qū)高度ξb=0.53。正截面抗彎承載能力驗算結(jié)果見圖5，斜截面抗剪承載能力驗算結(jié)果見圖6。抗扭承載能力驗算結(jié)果見圖7。按照《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）第5.1.5條γ0S≤R驗算，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)×作用效應(yīng)的組合設(shè)計最大值均小于等于構(gòu)件承載力設(shè)計值，滿足規(guī)范要求。

2.2.3裂縫寬度驗算

驗算結(jié)果見圖8，按照《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）第6.4-2條，結(jié)構(gòu)最大裂縫寬度0.14mm，小于規(guī)范限制0.2mm，滿足規(guī)范要求。

3 設(shè)計體會

（1）小半徑曲線梁橋的構(gòu)造形式與直線梁橋有不少相似之處，但由于它是曲線梁橋，其結(jié)構(gòu)受力的特點不同，在構(gòu)造處理上也相應(yīng)有其較多特點。小半徑曲線橋梁設(shè)計時，應(yīng)重點考慮梁體的彎扭耦合作用、外梁和內(nèi)梁受力不均勻、離心力作用等受力特點。主要表現(xiàn)為：在外荷載的作用，彎扭耦合作用下，造成其截面主拉應(yīng)力遠大于直線橋梁，梁端易產(chǎn)生翹曲，彎道外側(cè)梁體易出現(xiàn)爬移；內(nèi)外梁支點反力相差大，易出現(xiàn)支座脫空；與直線梁橋相比，存在離心力產(chǎn)生的徑向力，線梁中的“扭、剪、彎”效應(yīng)顯著。

（2）與直線橋梁相比，小半徑曲線橋梁受力更為復(fù)雜，抗扭和抗彎性能要求比直線橋梁要求更高，抗扭剛度大、整體性好的現(xiàn)澆連續(xù)箱梁是其首選。對小半徑曲線梁橋，為取得最佳的經(jīng)濟效果，梁高應(yīng)不小于其跨度的1/18，特殊條件下，梁高也應(yīng)大于跨徑的1/22。對小半徑曲線梁橋，因影響混凝土徐變、收縮因素多，難以精確計算出其混凝土的徐變和收縮，宜采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，箱梁的腹板、底板、頂板的橫向箍筋和鋼筋、縱向受力鋼筋、水平分布鋼筋應(yīng)根據(jù)橋梁構(gòu)造和計算要求進行加強。

（3）對小半徑曲線梁橋，兩端都采用設(shè)置抗扭支承，中間可采用抗扭支承和單支點鉸支承的混合式支承、抗扭支承、單支點鉸支承三種形式。抗扭支承、單支點鉸支承這兩種形式，橋梁在荷載作用下受到的剪力和彎矩相差很大，但彎矩隨曲率的增大，影響增大，如當每跨的圓心角大于30°時，單支點鉸支承的控制扭矩值比抗扭支承的控制扭矩值約大15%；在中間設(shè)獨柱式單支點曲線連續(xù)梁，上部結(jié)構(gòu)的扭矩全部靠兩端設(shè)置的抗扭支承來傳遞，造成曲線橋兩端支承處的扭矩過大，梁端部內(nèi)側(cè)支座脫空。因此，對多跨橋梁中間墩宜設(shè)置兩支點的抗扭支承。此外，在中間墩點支承向曲線外側(cè)預(yù)設(shè)一定偏心值能降低兩端支承的扭矩，調(diào)整曲線梁橋扭矩；采用墩梁固接或在墩頂設(shè)置限位擋塊能對梁體徑向位移進行有效限制。

［1］ 楊永賢.小半徑預(yù)應(yīng)力混凝土曲線梁橋抗扭設(shè)計方法探討［J］.公路交通技術(shù)，2010（5）：22-27.

［2］ 饒波.采用小半徑曲線梁的立交匝道橋設(shè)計［J］.中國市政工程，2011（3）：42-46.

［3］ 康鳴雷.小半徑鋼筋混凝土曲線梁橋的支座設(shè)置［J］.中國市政工程，2007（6）：51-55.

Design On Small Radius Curved Continuous Box Girder Bridge

WU Hai-bo
（Zunyi Transportation Survey&Design Institute Co.，Ltd.，Zunyi 563000，China）

In combination with the successful experience of the design on small radius curved continuous box girder of Jianba bridge，the design conditions and design realization of small radius curved continuous box girder are elaborated in detail，thus providing design reference for small radius curved girder.

Small radius curve；Continuous girder bridge；Design

U442.5+3

B

1673-6052（2016）01-0038-05

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.01.010