多跨长联V形矮墩连续刚构桥的设计.pdf

桥梁工程器 B r id g eE n g in e e r ln g 多跨长联V 形矮墩连续刚构桥的设计 吴祖根 宁波市城建设计研究院有限公司 浙江宁波3 1 5 0 1 2 摘 要 宁波市福庆路桥为V 形墩P C 箱梁刚构桥 5 跨l联 跨径布置为3 5m 3 5 2m 3 5m V 形墩高约4m 该桥为 多跨 长联 矮墩结构 设计中充分利用软基中单排桩基础的柔度来适应在各种作用下梁体的纵向水平变位 关键词 桥梁 V 形矮墩 P C 箱梁刚构桥 多跨 长联 桩基柔度 中图分类号 U4 4 8 2 3文献标志码 B 文章编号 1 0 0 9 7 7 6 7 2 0 1 4 0 1 0 0 6 9 0 3 D e s ig I lo fM lllt i s p a nL o n gC o u p lin gC o n t in u o u s 础g idF r a m eB r id g e 稍t h V s h a p e d S h o r tP ie r s W u Z u g e n 1 工程概况 宁波市福庆路桥位于宁波市城市主干道福庆路 跨越后塘河 主桥采用5 跨l联的V 形墩P C 箱梁刚 构桥 桥长2 2 6m 跨径布置为3 5m 3 5 2m 3 5m 桥 梁立面 断面布置如图l 2 所示 图1 立面布置图 cm 中 心 线 l l 婴 一L 一 翌L 一 J L 一一一 一一l 生一 图2 跨中横断面 cm 1 1 主要设计标准 1 道路等级 城市主干道I 级 设计车速5 0 k 1 l 2 汽车荷载 城一A 级 3 体系温度 升降温 2 5 4 设计基准期 1 0 0 年 5 安全等级 一级 6 环境类别 I 类 7 抗震标准 类场地 地震基准动峰值加速度 2 0 1 4 年第l 1 一 第3 2 卷啼荭投术6 9 器桥梁工程 B r id g eE n g in e e n n g 0 0 5 9 按7 度设防 1 2 工程地质情况 桥位处地形平坦 场地地貌类形属滨海相沉积平 原 具有典形的东南沿海地区软土地质特征 岩层 中 等风化泥质粉砂岩 覆盖层厚约9 5m 覆盖层上部以 淤泥质土为主 厚约3 4 3 6m 液性指数1 0 1 4 2 覆 盖层中部分布性质稍好的粉质黏土 厚约4 5 4 9m 液 性指数0 4 1 1 0 3 覆盖层下部分布有粉砂 中砂 圆 砾 全风化 强风化泥质粉砂岩 2 结构设计 2 1 体系特点 该桥采用5 跨1 联的V 形墩P C 箱梁刚构桥 由 变截面斜腿构成的墩体 造形别致 结构美观 V 形墩 不仅减小了箱梁受力跨径 从而减小梁高尺寸 而且 V 形墩有拱的效应 倾斜的桥墩无形之中给中跨施加 了1 个预应力 使结构受力合理 有利于提高上部结 构抗裂性能 该桥V 形墩高仅约4m 而联长2 2 6m 因此对降 温 混凝土徐变收缩 预应力合龙束张拉 制动力等作 用反应敏感 要求V 形墩 尤其是次边墩 有一定柔度 以适应梁体纵向水平变位 减少结构受力 该桥设计 中充分利用了软基中单排桩的柔度 满足受力要求 2 2 上部箱梁 桥面全宽4 6m 中央分隔带宽3m 为节省造价 提高桥下通透性 以中央绿化带为自然分隔 按左右 两幅独立设计 每幅为双箱双室 每箱单独现浇 通过 5 0cm 横向湿接缝连成整体 箱梁为现浇C 5 5 预应力混凝土结构 每幅箱梁顶 宽2 2 1m 翼缘宽2m 单箱底宽7 5m 梁高沿跨径按 圆曲线变化 跨中及边跨等高度处梁高1 3m 高跨比 1 4 0 V 形墩处梁高2 4m 高跨比约1 2 2 一般连续梁 支点处梁高为跨径的1 1 6 l 1 8 可见采用V 形墩 可 减小梁高 箱梁顶板厚2 4 4 0cm 悬臂板厚1 5 4 0cm 底 板厚2 4 6 0cm 中腹板厚4 0 8 0cm 边腹板厚5 0 8 0cm 箱梁在斜腿支承处 边墩处 跨中处设有横隔 梁 厚度分别为2 5 1 5 0 8m 箱梁采用双向预应力体系 除布置纵向预应力钢 筋外 靠近斜腿区段布置有竖向预应力钢筋 纵向预应 力束有顶板束 底板束和腹板下弯束 均采用 8 1 5 2m m 高强度低松弛钢铰线 抗拉强度厂 18 6 0M P a 弹性模 量E 1 9 5 10 5 M P a 张拉控制应力0 7 濂 竖向预应力 筋采用J L 2 5 精轧螺纹钢筋 抗拉强度 危 18 6 0M P a 7 0啼荭故衣2 0 1 4 N o 1 J Q n V o I 3 2 弹性模量E 2 O 1 0 5M P a 张拉控制应力O 9 反 2 3V 形墩 边墩 过渡墩 形式同引桥 采用宝瓶形实体墩 次边墩 中墩采用V 形墩 V 形墩2 个斜腿与墩立面 中心线夹角均为4 3 斜腿为下薄 厚8 0cm 上厚 厚1 2 0cm 的现浇C 5 5 钢筋混凝土变厚板 板宽同 箱梁底面 宽7 5m 在最不利工况下 斜腿根部弯矩 91 9 5k N m 斜腿顶部弯矩11 1 3k N m 二者相差较 多 故一般设计为上薄下厚的变厚板 但该桥考虑立面 景观需要 做成上厚下薄的变厚板 这样处理 也能增 加斜腿水平抗推柔度 更能适应上部箱梁的变形 2 4 桩基础 根据桥位处地质条件 桥墩均采用钻孔灌注桩基 础 边墩 中墩采用双排矽1 2m 钻孔桩 1 幅桥每个中 墩基础共设置2 8 1 6 根 1 2m 钻孔桩 且中墩基础 中心相对于墩中心向桥中偏置5 0cm 以减少前后排钻 孑L 桩所受最大轴力差 次边墩采用单排 1 8 m 钻孔桩 l幅桥每个次边 墩基础共设置6 根 1 8 m 钻孔桩 其柔度约为中墩基 础柔度的3 倍左右 可以更好地适应桥梁变形 满足 受力要求 这是该桥能够实施的关键措施 为提高单排 桩的安全度 桩端1 0m 采用钢管混凝土 1 钢管壁厚 1 0m m 可兼作施工中钢护筒 3 计算分析 3 1 总体计算 采用M I D A S civ il软件进行结构计算 该桥每幅为 双箱双室结构 按双主梁式梁格体系考虑 斜腿按梁 单元考虑 拱座 承台按体单元考虑 桩基础取为梁单 元 考虑土层的弹性约束作用 经计算 桥梁结构承载 力及正常使用极限状态均满足现行规范要求 3 2 地基土对桩约束作用计算 该桥为5 跨长联V 形矮墩连续刚构桥 V 形墩斜 腿抗推刚度大 为使主梁因温度变化 徐变收缩 合龙 束张拉等因素造成的纵向伸缩不致于引起过大的约 束内力 需考虑上下部结构的共同作用 2 且各墩基础 尤其是次边墩基础的抗推刚度应控制在较小范围之 内 设计中充分考虑了桥位处于软土地基的自然条件 合理利用软土对长桩的弱约束性 采用布置紧凑 抗推 柔度较大的单排桩承台基础来实现这一桥梁结构 采用m 法计算土对桩的弹性约束作用 m 的取值 应能反映实际土层对桩基的水平约束作用 如果取值偏 小 则上部结构将处于不安全状态 如果取值偏大 则 桩基础将处于不安全状态 因此在初步设计前 在桥址 处进行了试桩 以确定设计计算采用的m 值 试验结果 表明 水平位移6 3 5m m 时 对应 n 50 0 0 9 0 0k N h 4 水平位移越小 m 值越大 结构计算时 分别采用m 10 0 0k N m 4 m 50 0 0k N m 4 进行包络设计 计算得到 最大位移不超过3 2m m 在试验结论范围之内 说明设 计是安全合理的 3 3 桩抗剪能力验算 桩基按钢筋混凝土圆截面偏压柱验算承载力 抗 裂能力 由于现行J r I GD 6 2 2 0 0 4 公路钢筋混凝土及 预应力混凝土桥涵设计规范 以下简称 桥规 没有 提供偏压圆截面的斜截面抗剪计算公式 可参考G B 5 0 0 1 0 2 0 0 2 混凝土结构设计规范 以下简称 建规 进行验算 由于2 个规范存在差异 参考 建规 时 需 要进行折减计算 折减系数尼可取两规范中矩形截面 允许最大剪力 最小剪力对应比值的较小值 圆截面桩半径r 9 0 0m m 等效矩形截面宽6 1 7 6r 有效高度 1 6 r 混凝土强度指标按 桥规 中C 3 0 混 凝土取值 桥规 中截面允许最大剪力y F o 5 1 V 缸 6 建规 中截面允许最大剪力y h 0 2 5 扇6 则 粤 0 8 y 她 桥规 中截面允许最小剪力y 耐n 0 扇6 建规 中截面允许最小剪力y 妯 0 7 扁6 则 兽一o 7 y 妯 可见折减系数在0 7 0 8 为安全起见 取折减系 数晟 0 7 3 4 竖向预应力的有效性计算 根据主梁抗剪的需要 需配置足够的竖向预应力 钢筋 3 设计中在主梁每个腹板中 距V 形墩 5 范围 为计算跨径 均布置2 排竖向预应力精轧螺纹钢筋 精轧螺纹钢筋锚固方便 强度高 回缩损失小 因 而竖向预应力钢筋普遍采用精轧螺纹钢筋 但现场调 查表明 由于竖向预应力筋较短 锚具预应力损失大 精轧螺纹钢筋Y G M 锚固体系力筋是刚性索 对锚固螺 母 预应力钢筋 锚垫板安装精度要求高 施工上具有 一定难度 而工艺上又常忽视上述特点 因此竖向预应 力精轧螺纹钢筋的有效性一直得不到保证 损失大或 失效现象比较普遍M 为改善这种状况 对于竖向预应 力精轧螺纹钢筋应采用二次张拉工艺 6 7 1 即在第1 次 张拉完成后间隔一段时间进行第2 次张拉 弥补由于操 作和设备等原因造成的预应力损失 以加强其有效性 同时 为弥补竖向预应力各项损失估计不足 确保 桥梁工程器 B r d g eE n g in e e r n g 竖向预应力的可靠性 只考虑竖向预应力效应规范计 算值的一半进行控制计算 8 使得主拉应力不至于由 于施工等因素造成实际值与设计值偏差较大 进而造 成主腹板开裂 4 施工方法 桥梁施工与河道整治相结合 施工期间后塘河可以 围堰抽水干作业 因此主梁采用移动支架现浇节段施工 全桥合龙后 再整治桥下河道 可方便施工 节省费用 其主要施工顺序 基础及墩台施工 V 腿现浇 0 号块现浇 0 号块现浇 形成稳定三角架一按顺序 进行1 4 号块现浇 次中跨合龙一边跨端部现浇 形 成边跨 中跨合龙 河道开挖 整治 5 结语 福庆路桥2 0 0 9 年4 月开工 2 0 1 0 年2 月竣工 经 成桥荷载试验 各控制指标均符合规范和设计要求 该 桥设计具有以下特点 1 可以充分利用软基中单排桩的柔度 实现多跨 长联 低矮V 形墩P C 箱梁连续刚构桥的建设 2 根据试桩确定的桥址处的地基土水平抗力比例 系数值 进行包络设计 以保证结构安全可靠 3 参考G B5 0 0 1 0 2 0 0 2 混凝土结构设计规范 进 行圆截面构件的斜截面抗剪计算时 需予以0 7 倍折减 4 为保证腹板斜裂面的抗裂性 竖向预应力有效 值可只取为规范计算值的1 2 巍 参考文献 1 宋杰 千岛湖大桥主要技术特点和创新叨 桥梁建设 2 0 0 7 2 5 8 6 1 2 陈自华 大嶝大桥连续矮墩刚构合龙措施研究 J 中外公路 2 0 0 9 2 9 2 1 1 2 一1 1 5 3 徐栋 孙远 吴佳璞 箱梁薄壁效应及腹板开裂成因分析叨 桥梁建设 2 0 0 9 4 7 6 7 9 4 王卫锋 叶敬彬 林致胜 等 施工过程箱梁腹板斜裂缝成因 分析叨 桥梁建设 2 0 1 0 1 3 2 3 5 5 宋随弟 祝兵 预应力混凝土连续刚构桥腹板斜裂缝发生机 理研究 J 桥梁建设 2 0 0 8 3 7 1 7 4 6 王华 赖