京新高速上地斜拉橋橫向計(jì)算分析

邵長勝 劉永鋒 焦亞萌

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

1 工程概況

京新高速上地斜拉橋是京新高速公路(五環(huán)路-六環(huán)路)工程的一部分，為五跨連續(xù)獨(dú)塔單索面預(yù)應(yīng)力混凝土曲線斜拉橋，跨度為(46+46+230+98+90)m，全長510 m，主梁寬35.5 m，雙向六車道，主塔高99 m。全橋位于圓曲線(半徑920 m)+緩和曲線(474.76 m)+直線及縱坡(2.0%)+豎曲線(半徑11 000)+縱坡(-1.478%)上。主跨跨越地鐵13號(hào)線、既有京包鐵路及規(guī)劃京張城際鐵路，與既有線路小角度斜交，交角約為19°，如圖1所示。

橫向計(jì)算分析主要針對(duì)1～5號(hào)支點(diǎn)截面，B、C段的吊索所在的吊點(diǎn)截面，以及普通截面展開。其中B段共有22對(duì)拉索，即22個(gè)吊點(diǎn)截面；C段共有22對(duì)拉索，即22個(gè)吊點(diǎn)截面，全橋共計(jì)44個(gè)吊點(diǎn)截面，本文主要介紹普通截面及吊索截面的橫向計(jì)算分。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 普通截面橫框計(jì)算

(1)模型建立

普通截面橫框計(jì)算主要針對(duì)A段主梁范圍，此段梁體橫向坡度從單坡4%漸變到單坡2%，模型選取單坡坡度最大的4%截面主梁進(jìn)行模擬計(jì)算，在縱向取1延米作為計(jì)算單元，截面頂板、底板及腹板均采用梁單元進(jìn)行建模，頂?shù)装迮c腹板連接處采用剛性連接；考慮到主梁縱向傳遞荷載主要依靠腹板，單延米橫框模型的約束設(shè)置在底板腹板位置，在兩個(gè)中腹板及兩個(gè)次腹板與底板連接處進(jìn)行約束，左側(cè)次腹板位置為固定支座，其余三個(gè)為橫向活動(dòng)支座；約束信息見表1。

圖1 全橋布置與拖拉段示意(單位：m)

節(jié)點(diǎn)編號(hào)DXDYDZRXRYRZ89111101106011101113011101130011101

(2)預(yù)應(yīng)力鋼束布置

橫向預(yù)應(yīng)力布置主要布置在頂板上，每延米布置兩根鋼絞線，間距0.5 m。考慮張拉空間，采用單端張拉，左右側(cè)間隔布置張拉端的方法進(jìn)行布設(shè)，并根據(jù)縱向計(jì)算結(jié)果及縱向預(yù)應(yīng)力布置，鋼束橫向布置不得與縱向預(yù)應(yīng)力鋼束沖突。橫向預(yù)應(yīng)力布置見圖2；圖2中圓圈代表縱向預(yù)應(yīng)力束位置，圖中APM1與APM2為橫向預(yù)應(yīng)力束，每延米兩種鋼束各配置一根，縱向間隔布置)

圖2 普通截面橫向預(yù)應(yīng)力布置示意

(3)結(jié)果分析

對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行PSC驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果見圖3。

圖3 各項(xiàng)PSC驗(yàn)算

2.2 吊點(diǎn)截面橫向計(jì)算

B段與C段分別具有22對(duì)拉索，拉索縱向間距有5 m、8 m、10 m三種，索橫向作用點(diǎn)間距為1.0 m。根據(jù)隔板影響長度選取每個(gè)吊點(diǎn)的縱向計(jì)算寬度，在計(jì)算寬度范圍內(nèi)，模型中不考慮縱向中腹板與次腹板，將其自重以附加荷載的形式附加到實(shí)際作用位置，簡化模型；模型中的隔板厚度為此吊點(diǎn)影響范圍內(nèi)的吊點(diǎn)隔板及非吊點(diǎn)隔板之和，據(jù)此建立midas模型。

B段212 m主梁采用單點(diǎn)連續(xù)頂推法施工，根據(jù)施工順序，B段主梁橫向預(yù)應(yīng)力束張拉完成后，要完成頂推工序，頂推到位后，再張拉拉索。因此模型中建立兩組支撐：拉索支撐及頂推支撐。從縱向計(jì)算結(jié)果的索力來分析，N1拉索豎向分力最小，N22拉索豎向分力最大，N2～N21號(hào)拉索的豎向分力均處于N1和N22之間，本文以N1與N22拉索分別建立模型，來分析兩個(gè)極值索力狀態(tài)下的應(yīng)力分布。

根據(jù)吊點(diǎn)的受力特點(diǎn)分析，將吊點(diǎn)截面近似簡化為簡支懸臂結(jié)構(gòu)，根據(jù)懸臂結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，將活載盡可能分布在截面橫向的外緣，增加受力力臂，活載根據(jù)杠桿分配，按車道荷載考慮，活載按照最不利布置形式，2、4、6、8車道均對(duì)稱布置在最外側(cè)。橫載平均分配到腹板位置。

鋼束：吊點(diǎn)截面的預(yù)應(yīng)力鋼束布置主要分兩種，一是截面的頂板橫向預(yù)應(yīng)力鋼束，頂板束采用5-7φ5預(yù)應(yīng)力鋼束，單側(cè)張拉，左右側(cè)張拉束間隔布置?？紤]到翼緣板較薄，在吊索截面范圍內(nèi)，將拉索的非張拉端從翼緣板根部開始布置，同時(shí)在隔板位置布設(shè)三束5-7φ5的橫向預(yù)應(yīng)力束，錨固點(diǎn)布設(shè)在梁體邊腹板位置。

鋼束布置：從普通隔板截面的計(jì)算結(jié)果看，截面頂板布設(shè)間距0.5 m的橫向預(yù)應(yīng)力束，左右間隔單端張拉，同時(shí)根據(jù)吊點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果，吊點(diǎn)隔板布設(shè)兩束錨固于斜腹板的梁段張拉的鋼束及一束錨固于彼邊過人洞的鋼束，具體布置如圖4所示。

圖4 N22吊點(diǎn)鋼束布置

根據(jù)隔板有效寬度計(jì)算原則，N1與N22吊點(diǎn)計(jì)算結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖5 使用階段正截面抗裂驗(yàn)算

圖6 使用階段斜截面抗裂驗(yàn)算

從計(jì)算結(jié)果看，N1與N22吊點(diǎn)各項(xiàng)PSC驗(yàn)算指標(biāo)均滿足要求，則可推論其余吊索也滿足要求。在實(shí)際施工過程中及目前的運(yùn)營狀況來看，結(jié)構(gòu)可靠。

2.3 支點(diǎn)截面橫向計(jì)算

(1)模型建立

全橋共有6個(gè)支點(diǎn)，每個(gè)支點(diǎn)均有兩個(gè)支撐約束與下部結(jié)構(gòu)相連，模型為簡支懸臂結(jié)構(gòu)模型。根據(jù)實(shí)際約束間距及位置建立約束支撐，支撐信息見表2；將支點(diǎn)截面簡化為橫向簡支梁模型進(jìn)行建模，根據(jù)隔板有效寬度計(jì)算原則分別確定縱向有效寬度，其中5號(hào)墩支點(diǎn)同時(shí)承受支座反力和拉索拉力，建模時(shí)將拉索模擬附加荷載附加到拉索作用點(diǎn)。

表2 支點(diǎn)約束信息

(2)預(yù)應(yīng)力鋼束

支點(diǎn)處頂板仍然配置普通橫框?qū)?yīng)的頂板束，縱向間距0.5 m，同時(shí)，腹板內(nèi)配置腹板束。

(3)結(jié)果內(nèi)力

經(jīng)過PSC檢算，各支點(diǎn)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果如圖7、圖8所示。

圖7 使用階段長期荷載作用下正截面抗裂驗(yàn)算

圖8 使用階段正截面壓應(yīng)力驗(yàn)算

結(jié)構(gòu)支點(diǎn)截面滿足設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)束語

京新高速上地斜拉橋主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土大懸臂單箱五室截面，橋面寬度大，橫向計(jì)算分析類型多，難度大；分別采用midas civil對(duì)普通橫截面、吊點(diǎn)截面及支點(diǎn)截面進(jìn)行建模計(jì)算分析，并進(jìn)行了橫向預(yù)應(yīng)力筋配置，實(shí)踐證明，這種配筋方式是安全可靠的。

(1)通過本文對(duì)單索面、大懸臂單箱五室橫截面分析，可以將此模型簡化理念推廣到其他截面形式，為以后的實(shí)際工程提供參考。

(2)橫向預(yù)應(yīng)力筋布置時(shí)，要充分考慮縱向預(yù)應(yīng)力筋的影響，與縱向預(yù)應(yīng)力筋協(xié)調(diào)布置。

(3)在近拉索吊點(diǎn)的中隔板增加豎向預(yù)應(yīng)力粗鋼筋，使吊點(diǎn)處于三向預(yù)應(yīng)力狀態(tài)，對(duì)其受力效果明顯。

[1] 張永厚，梁立明.箱形混凝土梁荷載橫向分布影響及剪力滯效應(yīng)的試驗(yàn)研究[J].公路,2001(7)

[2] 馬海英.預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋主梁橫向應(yīng)力分布研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2007

[3] JTG D62—2004 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[4] 勾風(fēng)山，胡朝輝.基于梁格法的某斜交變寬連續(xù)箱梁橋荷載試驗(yàn)分析 [J].鐵道勘察，2011(5)

[5] 黃納新.金海特大公鐵兩用斜拉橋橋式方案研究[J].鐵道勘察，2013(1)

[6] 嚴(yán)國敏.現(xiàn)代斜拉橋[J].成都:西南交通大學(xué)出版社,1995

[7] 馬海英.預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋主梁橫向應(yīng)力分布研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2007

[8] 曾特新.大跨徑斜拉橋荷載試驗(yàn)及靜動(dòng)力分析[J].湖南交通科技,2005(3)

[9] 藺鵬臻,黃衛(wèi)東,吳荔青.部分斜拉橋箱梁橫向應(yīng)力分析[J].蘭州鐵道學(xué)院學(xué)報(bào),2002(4)