舒城万佛路南溪河大桥简介

作者:兰辉萍时间:2018-09-14 09:58:42  来源:  阅读次数:11次 ]

摘    要:舒城万佛路南溪河大桥为城市主干道桥梁,跨河主桥采用下承式飞鸟异形拱梁组合结构,主梁采用2×46.5m两孔变高度预应力砼连续箱梁,引桥采用标准跨20m预制空心板结构。本文介绍了主、引桥基本结构、计算分析、设计要点,梳理了方案设计特点及相关注意事项,并作了概括总结,可供参考。
关键词:南溪河大桥;下承式;飞鸟异形拱;组合结构;箱梁;设计

   舒城县万佛路是一条南北走向主干道,贯通舒城县城,是舒城西部地区重要交通要道,道路红线宽 50m,设计时速为60km/h。万佛路跨南溪河节点,需新建大桥一座,根据南溪河水系规划,桥位处河道两岸堤距约 100m,本文将对该桥(以下简称南溪河大桥)进行简要介绍。
1总体设计
   南溪河大桥全长约 220 米,跨河主桥采用下承式飞鸟异形拱梁组合结构,主梁采用两孔现浇预应力砼变高度连续箱梁, 异形拱采用钢结构,引桥采用标准跨预应力砼空心板,桥跨布置为 :南引桥 3×20m+ 主桥 2×46.5m+ 北引桥 2×20m。为节省工程投资,在保持机动车道与道路一致的情况下,适当压缩人行道与非机动车道宽度,取消道路中央分隔带,主、引桥全宽按 40 米布置,具体为 :5.25m(人非混行道)+3.0m(分隔带)+23.5m(行车道)+3.0m(分隔带)+5.25m(人非混行道)=40.0m ;横桥向按双幅设计,双向六车道,主桥范围利用 3.0米分隔带布置异形拱肋及吊索。
2主要技术标准
(1)设计基准期 :100 年 ;(2)设计安全等级 :一级 ;结构重要性系数 :1.1 ;(3)设计荷载标准 :汽车荷载 :城 -A 级;人群荷载:5.0kN/m2 ;(4)设计车速:主线 60km/h;(5)桥梁纵、横坡 :纵坡为双向 2.297% ;机动车道双向横坡 2% ;人非共面单坡 1.5% 坡向道路设计中心线 ;(6)净空高度 :桥位处改线堤顶道路下穿通行净空≥ 4.5m ;(7)抗震设计标准 :工程所在场地抗震烈度为 7 度,地震动峰值加速度为 0.10g,按 8 度进行抗震构造设防 ;(8)设计使用年限 :100 年 ;(9)设计洪水位 :50 年一遇洪水位 23.5m。
3主桥设计
   跨河主桥采用飞鸟式异形拱梁组合结构,主梁采用 2×46.5m 预应力砼变高度连续箱梁。桥梁全宽 40.0m,横向按 2幅桥设计,单幅桥单孔主梁于分隔带部位设置 1 片异形拱肋, 两孔主梁拱肋于桥墩部位固结连接,拱肋设置倾斜式吊索,吊索埋设于箱梁腹板。主梁端、中横梁分别厚 1.5、2.0m。主梁采用满堂支架现场浇筑施工,拱肋钢结构采用工厂预制、现场吊装架设,两者可平行施工作业。
3.1 主梁构造
   主梁单孔长 46.44m,全长 92.88m。单幅主桥采用单箱 4室箱梁截面,扣除栏杆底座 15cm 滴水构造和 1cm 分幅缝后上翼缘顶宽 19.84m,底宽 15.14m,跨中截面腹板厚 0.45m、设吊索的腹板厚 0.6m,对于横梁部位,腹板厚度统一调整为 0.75m, 近端横梁腹板变化段长度 8.0m、于主墩附近腹板渐变段长度 14m ;边箱、中箱分别宽 3.775、3.57m ;箱梁跨中断面顶、底板厚度统一为 0.22m,横梁部位底板厚度渐变为 0.45m,箱室顶板设置 0.6×0.2m 倒角,底板设 0.3×0.3m 倒角 ;箱梁挑臂2.35m,挑臂端部高 0.2m、根部高 0.5m ;箱梁顶、底面平行, 中墩处梁高 3.2m,通过 13.5m 直线渐变段梁高渐变至等高段2.5m。主梁位于竖曲线范围,主梁顶面采用与竖曲线半径相同的圆曲线。
3.2预应力布置
   主梁采用纵向、横向两向预应力结构,纵向布置腹板(F)、顶板(T)钢束,腹板束、顶板束最大规格分别为 15 股、9 股φs15.2 钢绞线。横向钢束主要布置于端横梁和中横梁,端、中横梁钢束最大规格分别为 12 股、15 股 φs15.2 钢绞线。预应力管道采用预埋塑料波纹圆管成孔。
3.3异形拱肋
   两孔主桥拱肋立面外轮廓形如“飞鸟”,拱肋顶最高点距离桥面约 12.5m,拱肋采用钢结构,由拱肋标准段、中拱脚、边拱脚和尾翼组成。其中标准段采用扁平椭圆形截面,长轴2.5m(拱肋宽)、短轴 1.3m(拱肋高),中拱脚、边拱脚上、下缘与拱肋标准段椭圆保持一致,上、下缘椭圆之间采用同壁厚的钢板相连,中拱脚、边拱脚与箱梁相交部位设置封底钢板,封底钢板与预埋于箱梁的高强螺栓进行连接 ;中、边拱脚空腔内部设置纵、横向隔板 ;尾翼上、下缘采用与拱肋标准段同曲率的椭圆圆弧通过渐变收尾形成,上、下缘椭圆部分之间采用同壁厚的钢板相连。拱肋内部空腔不灌注填充砼,内部设置纵向腹板、横隔板,沿椭圆截面环向设置纵向加劲板 ;拱肋纵向腹板通长设置并与拱脚区纵向钢板相对应。拱肋标准段、中拱脚、边拱脚主要钢板厚度 16mm,拱肋纵向腹板、尾翼主要钢板厚度 12mm,拱肋简要构造如图 3-1~2 所示。
3.4吊索
   每幅桥单孔主桥布置 11 副吊索,吊索统一向主墩中心线倾斜,吊索与水平面夹角 69 度,两孔主桥吊索对称布置。11 号吊索中心线与箱梁结构顶面交点距主墩中心线水平间距5.0m,1~11 号各吊索中心线与箱梁结构顶面交点之间水平距离统一按 3.35m 布置。吊索采用单端固定、单端张拉,固定端位于箱梁,张拉端位于拱肋。吊索采用斜拉桥热挤聚乙烯高强钢丝成品拉索,拉索规格型号为 PESC7-55,锚固体系采用与拉索配套冷铸锚具。
3.5 下部结构
   单幅主桥中墩采用双柱式桥墩,墩柱采用为圆弧倒角2.0×2.2m 矩形断面,倒角圆弧半径 0.15m ;墩柱顶设置矩形断面系梁,高 1.8m、宽 1.5m ;墩柱下接厚 3.0m 承台,承台接8 根直径 1.5m 钻孔灌注桩。边墩采用实体墙式桥墩,墩身截面为矩形,墙式墩身上设L 形帽梁,帽梁宽 2.8m,厚 1.0m ;墩身下接厚 2.0m 承台,承台接 10 根直径 1.2m 钻孔灌注桩。
3.6结构计算
3.6.1主要计算参数及假定C50 砼容重 26kN/m3 ;沥青砼容重 24kN/m3 ;吊索(含配套件等) 单位重 18.3kg/m ;;C50 砼弹模 3.45×104MPa ;钢绞线弹模 1.95×105MPa ;塑料波纹管 :管道摩擦系数 μ=0.16, 管道偏差系数 k=0.0015 ;预应力钢绞线抗拉强度标准值为 1860MPa ;吊索采用标准强度为 1670Mpa 的高强度低松弛预应力热镀锌平行钢丝 ;吊索安全系数 :大于 3.0。栏杆及桥面铺装以恒载作用于主梁,不参与受力。活载采用城 -A 级荷载,按三车道考虑折减计算。系统升、降温 +25、-20 ℃ ;桥面升温梯度 :T1=14 ℃, T2=5.5℃ ;桥面降温梯度 :T1=-7℃,T2=-2.75℃ ;支座不均匀沉降 10mm ;车道横向分布系数计算考虑偏载系数 1.15 : 3×0.78×1.15=2.691 ;收缩、徐变按 10 年考虑 ;钢筋回缩和锚具变形 :单端 6mm ;设计基准风速 Vd=28.67(m/s)。
3.6.2计算模型
   主梁采用桥梁博士软件进行离散模拟分析,计算模型含48 个单元、49 个节点,根据施工流程对主梁结构进行模拟计算, 吊杆力采用集中力等效替代。钢结构拱肋采用迈达斯进行离散模拟分析,吊杆采用集中力等效替代,计算模型考虑 1/2 异形拱肋,采用拱肋标准断面偏安全简化计算,有限元计算模型含 75 个单元、76 个节点。
3.6.3主要计算结果
   主梁按全预应力砼结构设计,在准永久组合未出现拉应力 ;频遇组合上缘均处于受压状态,最小压应力出现于中支座顶,对应 0.5MPa,跨中上缘最小压应力 1.7MPa ;下缘未出现拉应力,下缘最小压应力 1.2MPa,跨中下缘最小压应力 3.4MPa ;频遇组合最大主拉应力 0.47MPa<0.5ftk=1.325Mpa ;标准值组合最大主压应力 13.6MPa<0.6fck=19.44Mpa,主梁结构受力满足规范要求。异形拱肋采用 Q345qD 钢材,根据文献 [3] 表 3.2.1,Q345 钢材抗拉、抗压、抗弯强度设计值 fd=275MPa、抗剪强度设计值 fvd=160MPa。钢结构异形拱肋在自重、吊杆力、风荷载等荷载组合下肋轴向抗压最大应力 σmax=25.6 MPa<fd=275MPa、抗弯最大应力为 σmax=57.8MPa<fd=275MPa、 最大抗剪应力τmax=30.6MPa<fvd=160MPa,拱肋强度计算满足规范受力要求。根据拱肋计算模型屈曲分析,拱肋弹性稳定主要表现为面外(横桥向)失稳,根据文献 [5]5.9.1 条款,主拱弹性整体稳定系数不应小于 4.0。本次拱肋结构整体稳定计算偏安全将横向风荷载等效集中力作用于拱顶最高节点,拱肋第一阶失稳对应弹性整体稳定系数为 8.231>4.0,满足规范要求。
4引桥设计
   引桥上部采用标准跨径20m 预应力砼预制空心板结构。南、北引桥各按一联设置,空心板采用结构简支桥面连续布置,于桥台、主桥和引桥分界墩处设置伸缩缝,其余部位桥面连续。
4.1上部结构
   空心板采用交通部通用标准图,结构高度 0.95m,底面预制宽 1.24m ;空心板之间采用绞缝连接 ;两幅桥之间预留 2cm结构分缝。梁板采用后张法预应力结构,预应力管道采用预埋金属波纹圆管成孔。预应力钢束采用两端张拉,锚下张拉控制应力为 σcon=0.75×1860(Mpa)。空心板建议工厂预制、现场利用架桥机架设施工,架设就位后再浇筑空心板之间的绞缝。空心板通常采用单梁计算,横向分布系数计算比较重要,空心板按 A 类构件进行设计。
4.2下部结构
   引桥桥墩采用直径 1.5m 钻孔灌注桩接直径 1.3m 圆柱接高1.5m 盖梁排架墩形式,墩柱中心间距 5.3m。桩顶统一设置矩形断面横系梁,高 1.5m,宽 1.2m;桥墩盖梁两侧统一设置挡块。桥台采用直径 1.2m 钻孔灌注桩接高 1.5m 盖梁轻型桥台,桩基中心间距 5.5m。
5桩基静载试验
   全桥桩基共 104 根,为核实检验桩基承载力大小,本桥抽选 3 根进行桩基静载试验。采用砼标准预制块、型钢及千斤顶等设备对桩基进行分级加载试验,千斤顶布置于桩顶,通过数据传输系统将桩顶承受荷载实时传向后台电脑。
6设计特点及注意事项
   本桥拱肋为飞鸟式异形钢结构,从拱肋外形及其轴线形式来说,不利于承受过大荷载,为此本桥拱肋既不完全采用装饰结构,也不完全作为受力结构,而是介于二者之间的过渡形式。主桥施工难点与重点在于钢结构异形拱肋,由于拱肋为空间异形结构,且断面为扁平状,拱肋内部加工空间局促,加工下料前需实时放样,减少返工与材料浪费。引桥空心板需避免逐一整孔施工,尽量沿下部结构对称中线位置首先通长架设 2~3 片空心板,接下来在已架设空心板两侧沿纵向对称安装,防止下部结构偏心受力过大。施工组织需统筹安排,空心板预制和现场主桥施工需协调考虑,空心板架设不能影响主桥预应力钢束张拉等相关作业,同时空心板存梁时间不超过 90 天。
7结语
   南溪河大桥为城市主干道桥梁,是道路重要节点,于 2016年 12 月完成施工图设计、2017 年 11 月进场施工。主桥采用下承式飞鸟异形拱梁组合结构,孔跨布置为 2×46.5m,对于桥长不超过 100m 的结构,本桥方案布置、结构设计等相关内容可供参考。引桥空心板结构基于标准图适当对普通钢筋进行加强,空心板结构需关注横向连接和支座脱空等常见病害,本桥对空心板铰缝及横向搭接钢筋进行适当加强,对现浇铰缝钢筋密 ;支座顶、底面采用预埋钢板进行调平,确保考虑桥梁纵、横坡后支座顶、底面水平,避免脱空。
参考文献 :
[1] JTJ D62-2004.公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范[S].2004.
[2] JTG D60-2015.公路桥涵设计通用规范[S].2015.
[3] JTG D64-2015.公路钢结构桥梁设计规范[S].2015. [4] GB50017-2003.钢结构设计规范[S].2003.
[5] JTG/T D65-06-2015.公路钢管砼拱桥设计规范[S].2015.

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