劉 偉
(四川省交通運(yùn)輸廳交通勘察設(shè)計(jì)研究院,四川成都 610017)
[定稿日期]2017-12-13
犍為岷江二橋是國(guó)道213線犍為縣城區(qū)過(guò)境段工程中的一座重要大橋,也是犍為縣境內(nèi)跨越岷江的第二座大橋。該橋的建設(shè)一方面緩解了上游國(guó)道213線老岷江大橋和城區(qū)過(guò)境交通壓力,另一方面為岷江兩岸居民的生產(chǎn)、生活及出行帶來(lái)了極大方便。同時(shí)又建立了縣城第二條過(guò)江通道,保證應(yīng)急需要,為犍為縣的整體發(fā)展提供了交通便利。
主橋平面位于直線上,橋跨布置為(118+215+118) m預(yù)應(yīng)力砼三跨連續(xù)剛構(gòu),橫向按雙幅分離、對(duì)稱布置。主梁采用單箱單室截面,主墩為雙薄壁墩。主橋立面如圖1所示。
圖1 主橋立面(單位:m)
(1)公路等級(jí):一級(jí)公路;
(2)設(shè)計(jì)速度:60 km/h;
(3)荷載等級(jí):公路-Ⅰ級(jí),人群荷載3.0 kN/m2;
(4)橋面寬度:26.5 m[2.25 m(人行道)+10.0 m(車行道)+2.0 m(中央分隔帶)+10.0 m (車行道)+2.25 m(人行道)];
(5)地震基本烈度:Ⅶ度,50年超越概率10 %,地震動(dòng)峰值加速度為0.095g;
(6)主橋設(shè)計(jì)洪水頻率:1/300;
(7)通航等級(jí):Ⅲ-(3);
(8)設(shè)計(jì)安全等級(jí):一級(jí);
(9)環(huán)境類別:I類;
(10)場(chǎng)地類別:Ⅱ類;
(11)環(huán)境的年平均相對(duì)濕度:80 %。
主橋箱梁為三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),半幅采用單箱單室截面,梁體采用C60砼。
箱梁頂板寬13.0 m,底板寬7.5 m,外翼板懸臂長(zhǎng)2.75 m;箱梁頂板設(shè)置成2 %單向橫坡,底板按水平設(shè)置。箱梁跨中及邊跨支架現(xiàn)澆段梁高4.6 m(箱梁高均以邊腹板外側(cè)為準(zhǔn)),墩頂根部梁高為13.7 m。從中跨跨中左右各1.0 m處至箱梁根部,箱高以1.6次拋物線變化。箱梁腹板在墩頂范圍內(nèi)厚120 cm,從箱梁根部至跨中梁段腹板有70 cm、60 cm、50 cm三種厚度。箱梁底板厚除墩頂范圍為180 cm外,其余梁段底板從箱梁根部截面的150 cm厚以1.5次拋物線漸變至跨中及邊跨合攏段截面的32 cm厚。
根據(jù)各梁段有效分布寬度的計(jì)算,箱梁底板與腹板相交處設(shè)有較大倒角。
箱梁0號(hào)段長(zhǎng)15.0 m,懸臂施工標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)度為13×3.0 m+15×4.0 m,全橋單幅共設(shè)3個(gè)合攏段,其長(zhǎng)度均為2.0 m,邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)度為9.25 m。1號(hào)~28號(hào)梁段采用掛籃懸臂澆筑施工,懸臂澆筑梁段最大控制重量2 779.4 kN(10#梁段),掛籃設(shè)計(jì)自重1 400 kN(包括施工荷載)。
主橋跨中段設(shè)6道橫隔板(厚度0.8 m和0.5 m),邊跨段設(shè)3道橫隔板(厚度0.8 m和0.5 m),兼作體外束的轉(zhuǎn)向塊;在兩個(gè)主墩墩頂各設(shè)2道2.0 m厚的橫隔板,兼作體外束的錨固塊。
(1)縱向預(yù)應(yīng)力束。
箱梁頂板束(T系列鋼束)采用22φs15.2和24φs15.2高強(qiáng)低松弛鋼絞線,腹板束(W系列鋼束)采用22φs15.2和24φs15.2高強(qiáng)低松弛鋼絞線,中跨底板束(CB系列鋼束)采用24φs15.2高強(qiáng)低松弛鋼絞線,邊跨底板束(SB系列鋼束)采用19φs15.2高強(qiáng)低松弛鋼絞線,中跨合龍段頂板束(CT系列鋼束)采用22φs15.2高強(qiáng)低松弛鋼絞線,邊跨合龍段頂板束(ST系列鋼束)采用24φs15.2高強(qiáng)低松弛鋼絞線。
(2)豎向、橫向預(yù)應(yīng)力束。
豎向預(yù)應(yīng)力束采用3φs15.2高強(qiáng)低松弛鋼絞線、低回縮錨具體系,箱梁腹板內(nèi)沿縱向每隔50 cm左右交錯(cuò)布置一束豎向預(yù)應(yīng)力束。10#、22#、30#梁段橫隔板設(shè)置豎向預(yù)應(yīng)力束。
箱梁頂板內(nèi)沿縱向每隔100 cm(0#段及端橫梁處間距為50 cm)設(shè)一道橫向預(yù)應(yīng)力束,采用2φs15.2高強(qiáng)低松弛鋼絞線。箱梁0#段和梁端橫梁內(nèi)均設(shè)置橫向預(yù)應(yīng)力束,采用5φs15.24高強(qiáng)低松弛鋼絞線。
(3)體外預(yù)應(yīng)力。
體外預(yù)應(yīng)力采用27φs15.2和19φs15.2環(huán)氧涂層鋼鉸線無(wú)連接成品索,熱擠HDPE防護(hù)。為防止主橋在運(yùn)營(yíng)期下?lián)线^(guò)大,箱梁內(nèi)體外束可進(jìn)行再次張拉,張拉控制應(yīng)力不超過(guò)1 116 MPa。
錨固系統(tǒng):本橋體外預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)采用專用錨具,在橋梁運(yùn)營(yíng)期間可實(shí)現(xiàn)索力調(diào)整和整體換索。
轉(zhuǎn)向裝置:采用集束式轉(zhuǎn)向器,由無(wú)縫鋼管彎制而成,在鋼束出口處需要做類似喇叭口處理,實(shí)際加工長(zhǎng)度和樣式由體外預(yù)應(yīng)力生產(chǎn)廠家確定。
主墩墩身采用分幅設(shè)計(jì),墩身高度約30.0 m,采用鋼筋混凝土雙支薄壁墩身,承臺(tái)接鉆孔灌注樁基礎(chǔ);每個(gè)墩身雙肢間凈矩6.0 m,每肢縱向厚度2.0 m,橫向?qū)挾?.5 m,兩側(cè)為圓端型;由于橫向間距較小,因此主墩承臺(tái)采用整體式,順橋向長(zhǎng)16.0 m,橫橋向?qū)?0.0 m,厚5.5 m;基礎(chǔ)按嵌巖樁設(shè)計(jì),一個(gè)承臺(tái)采用18根直徑2.5 m鉆孔灌注樁。
交界墩采用矩形實(shí)體墩,左右分幅設(shè)計(jì),斷面尺寸為5.0×3.3 m,承臺(tái)厚3.0 m,單幅樁基為4根φ2.0 m鉆孔灌注樁,樁基按嵌巖樁設(shè)計(jì)。
本橋平面位于直線,采用左右分幅設(shè)計(jì),橋?qū)捪鄬?duì)較小,因此主橋結(jié)構(gòu)采用軟件橋梁博士3.3.0計(jì)算,按梁?jiǎn)卧M(jìn)行主梁施工及成橋階段的結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算,材料按線彈性計(jì)。永久作用包括:結(jié)構(gòu)重力、預(yù)加力、混凝土收縮及徐變作用、基礎(chǔ)變位;可變作用包括:汽車荷載、人群荷載、溫度作用。
由運(yùn)營(yíng)階段應(yīng)力包絡(luò)圖可以看出,使用階段,主梁全截面受壓;荷載短期組合上緣最小壓應(yīng)力為1.17 MPa,下緣最小壓應(yīng)力為3.85 MPa,最大主拉應(yīng)力為1.0 MPa;荷載標(biāo)準(zhǔn)組合上緣最大壓應(yīng)力為18.0 MPa,下緣最大壓應(yīng)力為13.5 MPa,最大主壓應(yīng)力為18.0 MPa。截面正應(yīng)力與主應(yīng)力均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。
本橋主墩高度相對(duì)較小,為了有效地減少上部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力,減少混凝土收縮、徐變及溫度的影響,主墩采用順橋向抗推剛度較小的雙支薄壁墩,因此其穩(wěn)定問(wèn)題突出,特別是懸臂澆筑施工過(guò)程的穩(wěn)定性就成為設(shè)計(jì)時(shí)所必須考慮的一個(gè)重要控制因素。為確保結(jié)構(gòu)安全,設(shè)計(jì)采用Midas Civil2016軟件對(duì)該橋最大雙懸臂、最大單懸臂施工階段進(jìn)行屈曲穩(wěn)定性計(jì)算。
模型中,除了考慮結(jié)構(gòu)自重外,還需考慮施工荷載及風(fēng)荷載。
(1)施工荷載。
施工荷載共考慮三種:
①梁段重量差,一側(cè)超重5 %,另一側(cè)減小5 %;
②掛籃、現(xiàn)澆塊件及施工機(jī)具的動(dòng)力系數(shù),一端取1.2,另一端取0.8;
③施工臨時(shí)荷載,一側(cè)懸臂作用8.5 kN/m的均布荷載,并在懸臂端頭作用200 kN的集中力,另一端空載。
(2)風(fēng)荷載。
①橫橋向。
除了對(duì)稱加載外,還應(yīng)考慮不對(duì)稱加載,左側(cè)承受100 %橫向風(fēng),右側(cè)承受50 %橫向風(fēng),方向相同;橋墩承受100 %橫向風(fēng)。
由于主梁縱向高度不同,因此各點(diǎn)的風(fēng)力值也不同,計(jì)算時(shí)以一個(gè)梁段為單位計(jì)算。
②豎橋向。
參照BS5400,豎向風(fēng)壓取橫向風(fēng)壓的0.4倍。
除了對(duì)稱加載外,還應(yīng)考慮不對(duì)稱加載,左側(cè)承受100 %豎向風(fēng),右側(cè)承受50 %豎向風(fēng),方向相同。
(3)工況組合。
工況組合1:施工荷載+對(duì)稱風(fēng)荷載
工況組合2:施工荷載+不對(duì)稱風(fēng)荷載
(4)計(jì)算結(jié)果。
施工階段內(nèi)力最不利位置為墩底截面,最大雙懸臂墩底截面內(nèi)力見(jiàn)表1,最大單懸臂墩底截面內(nèi)力見(jiàn)表2。
表1 最大雙懸臂墩底截面內(nèi)力
由表1、表2所列結(jié)果看,風(fēng)荷載對(duì)稱與不對(duì)稱作用對(duì)結(jié)構(gòu)的靜力穩(wěn)定性影響不大,各工況下的穩(wěn)定特征值均大于5,說(shuō)明主墩在最大雙懸臂、最大單懸臂施工階段的穩(wěn)定性滿足
表2 最大單懸臂墩底截面內(nèi)力
施工要求,且最大單懸臂施工階段的穩(wěn)定特征值明顯高于最大雙懸臂施工階段。因此,在對(duì)稱懸澆施工過(guò)程中,應(yīng)嚴(yán)格控制施工進(jìn)度及施工荷載的對(duì)稱性,確保結(jié)構(gòu)安全。
預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)在80~ 220 m 跨徑范圍內(nèi)是一種相比于斜拉橋、拱橋等更加經(jīng)濟(jì)合理的橋型,本文以犍為岷江二橋?yàn)楸尘?,較為詳細(xì)介紹了大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),可為同類橋梁的設(shè)計(jì)提供參考。
[1] JTG D60-2004 公路橋涵通用設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
[2] JTG D62-2004 公路鋼筋混凝土及應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
[3] 鮑衛(wèi)剛,周泳濤.預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋梁設(shè)計(jì)施工技術(shù)指南[M].北京:人民交通出版社,2009.
[4] 彭元誠(chéng),汪金育,廖朝華,等.三區(qū)大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋[M].北京:人民交通出版社股份有限公司,2015.