大跨度混凝土連續(xù)剛構(gòu)結(jié)構(gòu)分析

袁安華

(福州市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，福建 福州 350108)

1 工程概述

海口特大橋位于福建省普通國省干線“縱一線”，跨越龍江(河寬約240 m)，與河道正交，橋梁全長1 330 m，主橋上部結(jié)構(gòu)為(70+130+70)m變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。該橋按左右分幅設(shè)計(jì)，單幅橋?qū)?8 m，主墩高19.22 m。

橋梁地處港口海岸,沖海積平原地貌，水位受潮水漲落潮影響。橋址處地質(zhì)為淤泥、粉砂、粉質(zhì)黏土、圓礫及第四系殘積砂質(zhì)黏性土；下伏地層為燕山早期侵入花崗巖及風(fēng)化層。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告顯示，橋址地質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，場地抗震設(shè)防烈度為7度，峰值加速度為0.15 g，屬中軟土場地，場地類別為Ⅲ類，反應(yīng)譜特征周期值為0.65 s。主橋橋型立面見圖1。

圖1 海口特大橋主橋立面簡圖

2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

①橋梁設(shè)計(jì)時(shí)速：60 km/h；②設(shè)計(jì)車輛荷載：公路-I級(jí)；③橋梁寬度：6 m人非混合道(含欄桿)+11.5機(jī)動(dòng)車道+0.5 m護(hù)欄；④橋面鋪裝：采用10 cm厚瀝青混凝土鋪裝+防水層+8 cm厚C50混凝土整體化層；⑤設(shè)計(jì)水位：100年一遇洪水位;⑥海口特大橋通航標(biāo)準(zhǔn)：龍江海口段為Ⅳ級(jí)航道，橋下通行凈寬為106 m(雙向)，凈高13.75 m；⑦設(shè)計(jì)安全等級(jí)：一級(jí)；⑧橋梁設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100年；⑨地震設(shè)防：抗震設(shè)防烈度7度，抗震設(shè)防類別B類，抗震設(shè)防措施按8度。

3 主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 上部結(jié)構(gòu)

主橋上部結(jié)構(gòu)主梁分兩幅布置，每幅采用單箱雙室直腹板斷面，箱梁頂板寬18 m，底板寬11.5 m，根部梁高7.8 m，跨中梁高2.7 m，箱梁高度以及箱梁底板厚度按二次拋物線變化。

主梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系，箱梁橋縱向鋼束為φs15.2-23、φs15.2-22、φs15.2-19、φs15.2-15、φs15.2-12型，橋梁豎向預(yù)應(yīng)力采用Φ32 mm精軋螺紋鋼筋，橫向預(yù)應(yīng)力鋼束采用φs15.2-3型。

3.2 下部結(jié)構(gòu)

箱梁橋下部結(jié)構(gòu)主橋墩采用鋼筋混凝土雙薄壁墩，壁厚1.6 m，薄壁凈距4.1 m；基樁為6φ2.5 m的鉆孔灌注樁。過渡墩采用鋼筋混凝土矩形墩，墩身橫橋向?qū)?2 m，順橋向長2.5 m；基礎(chǔ)為6根直徑2 m的鉆孔灌注樁。

4 橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算

4.1 橋梁靜力計(jì)算

本橋設(shè)計(jì)通過MIDAS Civil建立三維有限元計(jì)算模型，采用空間梁桿單元模擬橋梁各構(gòu)件，計(jì)算過程中將上部結(jié)構(gòu)、橋墩和基礎(chǔ)一起納入計(jì)算模型。考慮的荷載有恒載、汽車活載、汽車制動(dòng)力、收縮、徐變、基礎(chǔ)不均勻沉降、溫度作用、風(fēng)荷載等。按相關(guān)規(guī)范要求對(duì)正截面及斜截面進(jìn)行應(yīng)力分析和強(qiáng)度驗(yàn)算。結(jié)算結(jié)果見圖2～4和表1。

圖2 海口特大橋有限元計(jì)算模型

圖3 正截面抗彎承載能力驗(yàn)算結(jié)果

圖4 斜截面抗剪承載能力驗(yàn)算結(jié)果

表1 靜力工況下主梁應(yīng)力 單位：MPa

從圖2～4和表1可以看出使用階段正截面、斜截面承載能力極限狀態(tài)強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。正常使用階段時(shí)混凝土正截面抗裂、斜截面抗裂、使用階段混凝土正截面、斜截面壓應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。

4.2 抗震計(jì)算

本橋抗震驗(yàn)算時(shí)采用多振型反應(yīng)譜法，判斷分析在地震作用下各控制截面是否進(jìn)入彈塑性。本橋主橋結(jié)構(gòu)的抗震驗(yàn)算參考《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/T B02-01—2008)的抗震驗(yàn)算方法。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)采用Mander模型，根據(jù)截面的配筋，考慮在恒載和地震作用下的最不利軸力，對(duì)主墩的控制截面進(jìn)行了軸力-彎矩-曲率(P-M-Φ)分析，得出各控制截面的屈服能力，對(duì)比判斷抗震是否滿足。在E1地震作用下,結(jié)構(gòu)受力較小滿足使用要求 ,不控制設(shè)計(jì)。橋墩受力情況見表2。

表2 E2地震作用下橋墩受力情況

E2地震作用下，主墩和邊墩最不利截面彎矩小于截面初始屈服彎矩，未進(jìn)入塑性階段，強(qiáng)度設(shè)計(jì)滿足抗震性能要求。

5 施工方案

主橋上部箱梁采用掛籃懸臂灌筑施工 ,先合龍邊跨, 再合龍主跨。根據(jù)橋位處水文地質(zhì)條件,下部鉆孔樁基礎(chǔ)采用插打定位鋼管樁，搭設(shè)水上固定平臺(tái)施工,承臺(tái)采用單層鋼套箱圍堰施工。

6 結(jié) 論

?？谔卮髽虿捎肕IDAS結(jié)構(gòu)程序進(jìn)行計(jì)算 ,計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求。?？诖髽驑蚨詹桓撸瑒偠容^大，在E2地震作用下未進(jìn)入塑性階段，橋墩在彈性階段通過配筋能夠滿足強(qiáng)度要求。

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