简支T梁转连续刚构桥的设计

来源:   2020-02-17 14:25:49

摘要:变截面矩形空心墩, 矩形实体墩, 桥面连续,桥面连续处的强度和刚度显弱,上下部结构变形不协调, 进而形成桥面凹凸不平,甚至出现开裂,影响行车的舒适度和行车的安全。先简支后结构连续的连续梁体系,这种结构体系其施工复杂、技术难度大,工期长、工程造价高。为适应我国目前山区高速公路迅速发展趋势,有必要结合工程实践并通过详细理论分析与研究,确立一种适宜山区高速公路施工快捷方便、结构安全、简化的墩梁固接形式,

1 .国内现状及发展趋势

近年来,我国山区高速公路发展较快,装配式简支梁桥以其施工快捷、造价便宜而成为首选。对于墩高大于30m 的采用一般简支梁桥式则不适宜了,为满足结构安全及行车的舒适性,则需要增大桥墩刚度和稳定性。国内已建高墩桥梁主要有以下两种代表形式:

( 1) 变截面矩形空心墩, 矩形实体墩, 桥面连续,桥面连续处的强度和刚度显弱,上下部结构变形不协调, 进而形成桥面凹凸不平,甚至出现开裂,影响行车的舒适度和行车的安全。

( 2) 先简支后结构连续的连续梁体系,这种结构体系其施工复杂、技术难度大,工期长、工程造价高。为适应我国目前山区高速公路迅速发展趋势,有必要结合工程实践并通过详细理论分析与研究,确立一种适宜山区高速公路施工快捷方便、结构安全、简化的墩梁固接形式, 以提高行车舒适性的高墩桥- 墩梁固接连续刚构桥结构形式。

2 .工程概况

本文系对国家重点公路阿(荣旗)深(圳)公路(粤境段)上(陵)至埔(前)段高速公路( 全长135.60km) 老田庄大桥40m 跨径T 梁墩梁固结体系进行的设计,其墩梁固接桥式方案总体布置如图1 所示。

老庄田大桥是阿(荣旗)深(圳)公路(粤境段)上(陵)至埔(前) 高速公路跨越深谷的一座山区高架桥梁,是粤赣高速公路(粤境段)桥梁工程中的一座重点工程,作为“墩梁固接连续- 刚构桥”的高墩桥梁试点工程。该桥桥跨布置形式为左幅5 ×40m+25m, 右幅5 ×40m, 全长213.06m( 240.06m) ,左右半幅分修, 2、3、4 号墩处墩梁固接形成上下部结构连续,在1、5 号墩( 台) 处设置浅埋式型钢伸缩缝,其他地方采用桥面连续结构,最大墩柱高为48.5m。40m 预应力混凝土T 梁先简支后墩梁固接形成连续- 刚构体系,共一联,本文选取该4 跨一联单幅桥作为分析对象,介绍简支T 梁转墩梁固接的连续- 刚构桥的设计思路和计算方法。

3 技术标准

道路等级:高速公路。

计算行车速度:100km/h。

车道数:双向4 车道。

桥面宽度:行车道净宽2-11.75m,中央分隔带宽0.5m,总宽26.0m。

设计荷载:汽车超- 20 级,挂车- 120。

地震烈度:地震基本烈度Ⅵ度,按Ⅶ度设防。

4 .结构设计及分析

4.1 结构体系

先简支再墩梁固接形成连续刚构体系,按A 类预应力结构进行结构分析和计算,并按规范要求进行应力、强度值控制,并对其关键部位进行变形、裂缝验算。

T 梁预制存梁期后吊装就位,通过T 梁底盖梁顶预埋钢板焊接成整体,形成第一次体系转换- 墩梁固接;半幅桥横向连接后,相邻跨T 梁间缝与盖梁预埋钢筋共同浇注, 形成第二次体系转换- T 梁间固接, 形成刚构体系;最后完成T 梁顶面混凝土现浇层二次截面, 及桥面沥青混凝土铺装等二期恒载。

4.2 计算模式

全桥共分为130 个节点,124 个单元。计算按照全桥宽建立模型,全桥共有5 片T 梁,实际建模采用形成一个大T 形截面,并且修正与大气接触的截面周边长度与实际截面相等( 见图2) 。实际桥墩为双柱圆形墩,按照截面面积与抗弯惯性矩相等的原则简化为矩形截面。不同的施工阶段梁体与桥墩的连接性质不同, 采用主从约束节点模拟节点连接性质。

T 梁预制时不计入混凝土现浇层的结构高度,落梁后则作为结构受力构造,T 梁下采用单向受压支座临时支撑,形成结构连续并墩梁固接后予以拆除( 焊接成永久支座) ,固接处采用3 对结点刚臂固接形成刚构体系,全桥为连续刚构体系。

结构分析程序采用GQJS9.0 平面杆系分析程序进行单片梁及整体平面杆系结构分析和计算, 采用桥梁博士V2.9 按梁格法进行核算。

4.3 结构设计

计算分析联跨为横向5 片T 梁布置,预制T 梁长39.94m,梁高241cm,梁顶现浇层为10cm 防水混凝土,组合梁高251cm,桥面铺装为9cm 厚沥青混凝土。横向布置见图3。下部结构采用双柱式桥墩, 构造形式见图4。

联跨上下部结构材料为:固接现浇块采用50 号钢纤维微膨胀混凝土,盖梁、垫石采用40 号混凝土,墩柱和柱间系梁采用30 号混凝土,桩基和桩间系梁采用25 号混凝土。桩基础采用30 号混凝土,为钻( 挖) 孔桩基础,基底嵌入砂岩微风化层不小于3.0m。

4.4 结构分析及计算

4.4.1 施工(计算)步骤

本计算阶段按施工工顺及荷载状况进行模拟计算。桥墩处采用全桥宽5 片T 梁整体计算,并考虑活载横向分配,故整体计算是可靠的。根据活载横向分配计算,控制T 梁受力为汽车荷载最不利状况平均分配值的150%。计算阶段工序步骤如下:

( 1) 下部及基础工程施工,临时支承(台座模拟)及支座安装;

( 2) 立模板,台座浇注预制T 梁混凝土,多单向支承的简支体系;

( 3) T 梁预应力钢束张拉;

( 4) 拆除临时支承, 待强120 天( 即存梁) ,完成75%以上收缩徐变;

( 5) 进行跨梁及梁墩之间结构连续( 墩梁固接) ,永久支座为钢板支座焊接而成;

( 6) 临时支座拆除,形成多跨墩梁固结的连续刚构体系;

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