天水市渭河大橋門(mén)形墩預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)

母渤海

（中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 概述

該橋橋型應(yīng)與當(dāng)?shù)氐淖匀痪坝^(guān)、地域特色和人文歷史相融合。大橋除滿(mǎn)足使用期內(nèi)的使用功能外，應(yīng)充分考慮橋梁的整體景觀(guān)效果要求，線(xiàn)形力求平順、圓滑、流暢，橋型線(xiàn)條簡(jiǎn)潔、明快，如圖1所示。

圖1 橋梁效果圖

基于這一理念，該橋采用4×30 m+3×30 m+4×30 m先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力組合箱梁結(jié)構(gòu)。上部結(jié)構(gòu)采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土箱形連續(xù)梁橋上部構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)。

橋墩采用門(mén)形墩，基礎(chǔ)采用分離式承臺(tái)基礎(chǔ)，承臺(tái)截面為矩形，橫橋向尺寸為6.3 m，順橋向尺寸為6.3 m，承臺(tái)厚度為2.0 m。承臺(tái)采用C40抗硫混凝土。每個(gè)承臺(tái)基礎(chǔ)采用4根?1500 mm鉆孔灌注樁。

2 計(jì)算參數(shù)

2.1 材料

（1）墩柱混凝土容重均取γ=26 kN/m3。

（2）波紋管管道摩擦系數(shù)μ=0.155，管道偏差系數(shù) k=0.001 5，鋼筋回縮和錨具變形以6 mm計(jì)。

2.2 其他

（1）道路等級(jí)：城市次干路Ⅱ級(jí)。

（2）汽車(chē)荷載：公路Ⅰ級(jí)。

（3）人群荷載：3.5 kN/m2。

（4）溫度荷載：考慮整體升降溫±25℃。

（5）沉降量：考慮同一里程處兩墩沉降量10 mm。

（6）考慮材料收縮徐變影響。

（7）門(mén)形墩橫梁按照A類(lèi)構(gòu)件設(shè)計(jì)。

3 模型分析

3.1 模型簡(jiǎn)介

利用空間有限元程序MIDAS/Civil 2010分別建立上下部模型。

上部結(jié)構(gòu)建模除考慮恒（含二期）、活載作用外，應(yīng)考慮橋墩縱向沉降影響。每聯(lián)建模比較每個(gè)墩位處簡(jiǎn)支、連續(xù)兩種工況時(shí)傳到門(mén)形墩上的力，確定控制工況。

下部結(jié)構(gòu)建模按照實(shí)際墩高、尺寸建模，承臺(tái)底模擬樁頂剛度?？紤]橫向沉降差影響。現(xiàn)僅選一聯(lián)內(nèi)中墩建模分析，如圖2所示。

圖2 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

門(mén)墩橫梁為2 m×2 m，立柱為2 m×1.8 m，承臺(tái)為6.3 m×6.3 m×2 m。所選墩高H=6.0 m。門(mén)形墩構(gòu)造圖和橫斷面布置圖如圖3、圖4所示。

3.2 工況分析

3.2.1 門(mén)形墩施工

通過(guò)搭設(shè)腳手架及貝雷梁完成門(mén)形墩的混凝土澆筑，待吊裝箱梁完成后，支架可視情況拆除。

3.2.2 吊裝箱梁

吊裝到位的箱梁均為30 m簡(jiǎn)支梁，作用于橫梁的臨時(shí)支座位置（對(duì)于邊墩為永久支座）。對(duì)于每聯(lián)邊墩而言，此工況有可能成為荷載作用最大的控制工況。

圖3 門(mén)形墩構(gòu)造圖（單位：cm）

圖4 橫斷面布置圖

3.2.3 體系

第一階段：箱梁安裝就位后，連接橋面及接頭段鋼筋，綁扎橫梁鋼筋，布設(shè)接頭段波紋管并穿束，澆筑接頭段及負(fù)彎矩束長(zhǎng)度范圍內(nèi)的橋面板。此時(shí)接頭段應(yīng)作為結(jié)構(gòu)自重荷載施加在門(mén)形墩橫梁上。

第二階段：接頭段混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度85%后，張拉頂板負(fù)彎矩預(yù)應(yīng)力鋼束，并壓漿，完成體系轉(zhuǎn)換，上部荷載按照連續(xù)梁體系分析計(jì)算。

3.3 預(yù)應(yīng)力計(jì)算

3.3.1 門(mén)形墩施工

門(mén)形墩澆筑完成，混凝土并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，張拉靠近下緣的一排鋼束中的其中三根。橫梁上拱不足1 mm。

3.3.2 吊裝箱梁

箱梁逐片吊裝，同時(shí)逐根張拉橫梁鋼束。吊裝順序及數(shù)量應(yīng)與張拉鋼束匹配，見(jiàn)表1。

表1 吊裝箱梁工況下上部荷載的臨時(shí)支座反力表

壓應(yīng)力σcc=18.08 MPa≤0.7 fck'；拉應(yīng)力σct=1.53 MPa≤0.7 ftk'，預(yù)拉區(qū)縱向鋼筋配筋率不小于0.2%，如圖5、圖6所示。

圖5 截面下緣應(yīng)力（單位：kN/㎡）

圖6 截面上緣應(yīng)力（單位：kN/㎡）

3.3.3 成橋分析

由于體系的轉(zhuǎn)換，成橋后傳至該橋墩的上部荷載發(fā)生變化，見(jiàn)表2。

最大壓應(yīng)力為15.4 MPa≤0.5×32.4 MPa=16.2 MPa，如圖7所示。

最大拉應(yīng)力為0.23 MPa≤0.7×2.65MPa=1.86 MPa，如圖8所示。

表2 上部荷載的支座反力

圖7 標(biāo)準(zhǔn)組合壓應(yīng)力（單位：kN/㎡）

圖8 短期組合拉應(yīng)力（單位：kN/㎡）

最大拉應(yīng)力為0.23 MPa≤0.5×2.65 MPa=1.325 MPa，如圖9所示。

圖9 短期組合主拉應(yīng)力（單位：kN/㎡）

成橋后，恒載與活載產(chǎn)生的橫梁下?lián)霞s4 mm，橫梁可不設(shè)置預(yù)拱度，如圖10所示。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)門(mén)形墩的分析，確定了不同施工階段預(yù)應(yīng)力的張拉順序，為施工及監(jiān)控提供了依據(jù)，結(jié)構(gòu)安全性得到了保障。門(mén)形墩的預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)與施工過(guò)程密不可分，設(shè)計(jì)中切不可一味套用，應(yīng)視個(gè)例工況仔細(xì)分析。