不規(guī)則彎橋設(shè)計(jì)方法探討

崔躍鑫

（山西省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院工程設(shè)計(jì)中心，山西 太原 030001）

1 項(xiàng)目概況

此高架橋橋長(zhǎng)820m，寬35m，上跨兩條市政道路、一條鐵路。本次研究對(duì)象為4 孔30 米現(xiàn)澆箱梁橋,本橋分為單幅，下部采用柱式墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。橋下凈高不小于4.5m；設(shè)計(jì)荷載為城—A 級(jí)。預(yù)應(yīng)力構(gòu)件按照J(rèn)TG D62-2004 規(guī)范的A類構(gòu)件設(shè)計(jì)；普通鋼筋混凝土構(gòu)件按II 類環(huán)境，最大裂縫寬度不大于0.2mm。

1.1.上部結(jié)構(gòu)構(gòu)造

跨徑4x30m 預(yù)應(yīng)力混凝土等高現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，起點(diǎn)樁號(hào)K1-178.571，終點(diǎn)樁號(hào)K1-58.571。平面上約74m 長(zhǎng)位于R=1000m 圓曲線上，46m 長(zhǎng)位于直線段上。自起點(diǎn)約81m 長(zhǎng)度位于半徑R＝3000m 豎曲線上，橋面縱坡變坡點(diǎn)在K1-60.072處，兩側(cè)坡度分別為3.855%和0.3%。

橋面寬35m，采用整體式現(xiàn)澆箱梁，單箱六室。箱梁頂板寬35m，底板寬28.24m，挑臂長(zhǎng)2.18m。考慮美觀，應(yīng)業(yè)主要求，對(duì)箱梁外觀做圓角處理。外腹板斜置，外腹板與翼緣相接處采用半徑R=220cm 圓弧過渡，外腹板與底板相接處采用半徑R=60cm 圓弧過渡。箱梁頂面設(shè)2%雙向橫坡，底板水平。箱梁等高，橋中線位置梁高2.4m。箱梁頂板厚24cm；底板跨中位置厚22cm，靠近橋墩（臺(tái)）直線加厚到50cm；腹板跨中位置厚50cm，靠近橋墩（臺(tái)）直線加厚到75cm。

1.2 主梁預(yù)應(yīng)力鋼束及布置

縱向預(yù)應(yīng)力鋼束：縱向預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)置了頂板束、腹板束和底板束，規(guī)格都是M15-12。橫向預(yù)應(yīng)力鋼束：橫向預(yù)應(yīng)力鋼束都布置在橫梁內(nèi)，1 號(hào)橋臺(tái)位置端橫梁布置5 束M15-16 鋼束和4 束M15-7；2、3、4 號(hào)橋墩位置中橫梁布置10 束M15-12 鋼束；5 號(hào)過渡墩位置端橫梁布置4 束M15-12 鋼束和4 束M15-7 鋼束。橫梁鋼束采用兩端張拉。

1.3 設(shè)計(jì)參數(shù)

預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁上部采用C50 混凝土；橋面鋪裝調(diào)平層采用C50 混凝土。橋面鋪裝為7cmC50 混凝土+10cm 瀝青混凝土。主梁的恒載根據(jù)實(shí)際輸入的截面面積，按容重26kN/m3由程序計(jì)算其自重。二期恒載：石欄桿（單側(cè)）5kN/m,人行道結(jié)構(gòu)（單側(cè)）19kN/m，人行道下方鋼管（單側(cè)）3kN/m，橋面鋪裝：混凝土ρ=25kN/m3，瀝青混凝土ρ=24kN/m3根據(jù)橋梁寬度計(jì)算，二期恒載總計(jì)182.4kN/m（全橋）。

預(yù)應(yīng)力鋼束采用直徑為 15.24mm 的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，極限抗拉強(qiáng)度：Rby=1860MPa；張拉控制應(yīng)力：0.75Rby=1395MPa；彈性模量：E=1.95×105MPa；鋼筋松弛系數(shù)0.3；一端錨具變形及鋼束回縮值6mm。預(yù)應(yīng)力管道采用塑料波紋管，μ=0.15，k=0.0015。.本橋車行道寬28m，雙向8 車道，車道橫向折減系數(shù)0.5，偏載系數(shù)1.15，最終車道系數(shù)取4.6。汽車沖擊系數(shù)根據(jù)規(guī)范計(jì)算為0.32，墩頂負(fù)彎矩取用0.42。人群荷載根據(jù)《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 11-2011）計(jì)算小于2.4kPa，取用2.4 kPa。日照溫差遵照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2004）取值，T1=14℃，T2=5.5℃。體系溫差按照升降溫25℃考慮。

基礎(chǔ)不均勻沉降按照1cm 取值。

2 設(shè)計(jì)方法探討

2.1 平面桿系法

對(duì)4 孔現(xiàn)澆箱梁建立平面桿系模型。輸入荷載及設(shè)計(jì)參數(shù)，采用相關(guān)規(guī)范規(guī)定的荷載組合進(jìn)行分析計(jì)算，縱向、橫向計(jì)算如下：

2.1.1 縱向計(jì)算

長(zhǎng)期效應(yīng)組合和短期效應(yīng)組合均未出現(xiàn)拉應(yīng)力，短期效應(yīng)組合主拉應(yīng)力0.6Mpa＜0.5ftk=1.325Mpa，標(biāo)準(zhǔn)值組合最大壓應(yīng)力15.9 Mpa＜0.5fck=16.2Mpa，；標(biāo)準(zhǔn)值組合最大主壓應(yīng)力15.9 Mpa＜0.6fck=19.4Mpa；承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算中，抗力效應(yīng)都大于荷載效應(yīng)，以上均符合相關(guān)規(guī)范要求。

撓度驗(yàn)算。C50 混凝土撓度長(zhǎng)期增長(zhǎng)系數(shù)1.425，汽車荷載最大撓度1.38mm，人群荷載不足1mm。1.38×1.425×0.7=1.38mm＜30000/600=50mm，主梁剛度符合要求；成橋竣工狀態(tài)恒載+預(yù)應(yīng)力邊跨向上撓度6.8mm，中跨向上5.3mm；三年徐變，邊跨上拱1.9mm，中跨上拱1.6mm。根據(jù)規(guī)范6.5.5 條，主梁不必設(shè)預(yù)拱度；因?yàn)樯瞎爸挡淮螅膊槐卦O(shè)反拱度。

2.1.2 橫向計(jì)算

1 號(hào)墩端橫梁計(jì)算結(jié)果如下：

長(zhǎng)期效應(yīng)組合未出現(xiàn)拉應(yīng)力，短期效應(yīng)組合最大拉應(yīng)力1.0Mpa＜0.7ftk=1.86Mpa，符合規(guī)范JTG D62-2004 6.3.1.條要求。

短期效應(yīng)組合主拉應(yīng)力1.0Mpa＜0.5ftk=1.325Mpa，；標(biāo)準(zhǔn)值組合最大壓應(yīng)力10.6Mpa＜0.5fck=16.2Mpa，；標(biāo)準(zhǔn)值組合最大主壓應(yīng)力10.6 Mpa＜0.6fck=19.4Mpa，；承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算中，抗力效應(yīng)都大于荷載效應(yīng)，以上均符合相關(guān)規(guī)范要求。

2 號(hào)～5 號(hào)墩端橫梁計(jì)算結(jié)果都滿足規(guī)范要求，由于篇幅限制，此文不再列出。

2.2 梁格法

縱梁共7 道，對(duì)應(yīng)7 道腹板，除墩頂橫梁外，增加虛擬橫梁模擬縱梁間橫向連接。共劃分447 個(gè)單元，其中1-231 為縱梁?jiǎn)卧溆酁闄M梁?jiǎn)卧Ｓ?jì)算計(jì)入縱向預(yù)應(yīng)力。

2.3 兩種方法計(jì)算結(jié)果對(duì)比

①通過支反力比較，可以看出兩種模型支反力結(jié)果比較接近，計(jì)算結(jié)果有可比性，具體數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如下：

1.2.3.4.5號(hào)墩平面桿系法的支反力分別為13700kN、30200kN、27600kN、30200kN、13200kN；梁格法的支反力分別為12720kN、30410kN、27380kN、30360kN、12220kN；二者比值分別為1.077、0.993、1.008、0.995、1.080。

②通過梁格法模型計(jì)算，從各腹板短期效應(yīng)組合正應(yīng)力結(jié)果看，都沒有出現(xiàn)拉應(yīng)力，表明結(jié)構(gòu)抗裂性安全儲(chǔ)備足夠，也表明平面桿系計(jì)算結(jié)果是可信的，具體數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如下：

腹板1～外腹板、腹板2、腹板3、腹板4～中腹板、腹板5、腹板6、腹板7～內(nèi)腹板短期效應(yīng)組合正應(yīng)力最小值分別為0.5 MPa、1.1 MPa、1.1 MPa、0.6 MPa、1.1MPa、1.1 MPa、0.4 MPa。

3 結(jié)論

本文以一座不規(guī)則彎橋?yàn)閷?shí)例，考慮到本橋?qū)捒绫容^大；此外有一部分主梁處于彎道上，所以采用梁格法對(duì)平面桿系法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行校核，通過支反力、短期效應(yīng)組合正應(yīng)力等參數(shù)對(duì)比，得出對(duì)于此類型的不規(guī)則彎橋，平面桿系法計(jì)算結(jié)果是可信的。