離石高架橋主橋結(jié)構(gòu)分析

離石高架橋主橋結(jié)構(gòu)分析1工程概況離石高新技術(shù)開發(fā)區(qū)龍鳳大街規(guī)劃寬度為80m，設(shè)計路線與其呈30°交角?？紤]道路兩側(cè)城市管網(wǎng)布設(shè)，橋梁凈跨需在120m以上，經(jīng)多方案比較，最終采用85m+135m+85m三跨雙塔單索面預(yù)應(yīng)力混凝土部分斜拉橋，結(jié)構(gòu)形式為塔梁固結(jié)、墩梁分離，梁底設(shè)支座。下部采用鋼筋混凝土板式墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。施工方法為主梁懸臂澆注。總體布置見圖1所示。2離石高架橋主橋技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(2)橋面寬度：2×凈-11m+2×015m防撞護(hù)欄+3m中央分隔帶；(3)設(shè)計荷載：汽車-超20級，掛車-120；3主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1總體設(shè)計離石高架橋單索面布置在高速公路中央隔離帶上，造型美觀且造價較低。結(jié)構(gòu)形式由于采用塔梁固結(jié)，墩梁分離，梁底設(shè)支座，使部分斜拉橋的受力更加接近梁式體系，受力明確，結(jié)構(gòu)簡單。而且這種結(jié)構(gòu)形式延長了結(jié)構(gòu)的基本自振周期，減小了地震作用，有利于提高結(jié)構(gòu)的抗震和整體穩(wěn)定性。支座采用盆式橡膠支座。橋墩采用鋼筋混凝土板式墩，以適應(yīng)溫度、混凝土收縮與徐變等荷載的變化。3.2主梁設(shè)計主梁采用單箱三室大懸臂斷面，外腹板斜置，箱梁頂板寬度為26m，腹板斜率不變，箱梁底板寬度由15.6m漸變到16.864m。主墩墩頂根部梁高4.2m，x中、邊跨方向45m范圍內(nèi)梁高變化采用二次拋物線，其余為等高梁段，梁高為2.4m。箱梁合攏段底板厚度為25cm，0號塊端部底板厚46.2cm，在梁高變化段內(nèi)，底板厚度變化采用二次拋物線。頂板厚度不變，邊室28cm，中室45cm。邊腹板厚度為50cm，中腹板厚度為35cm。斜拉索錨固區(qū)均設(shè)橫隔板，邊室橫隔板厚度為30cm，中室橫隔板厚度為40cm。箱梁橫斷面如圖2所示。主梁采用三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，縱向采用鋼絞線和高強(qiáng)精軋螺紋粗鋼筋，橫向采用鋼絞線，豎向采用高強(qiáng)精軋螺紋粗鋼筋。主梁按掛籃懸臂澆注法施工，0號塊節(jié)段長10m，1號、2號梁段長3m，3號梁段長3.5m，合攏段長2m，其余梁段長均為4m。最大懸臂澆注重量為223.5t。3.3主塔設(shè)計主塔計算塔高為18m，采用實(shí)心矩形截面。主塔布置在中央分隔帶上，塔身上設(shè)鞍座，以便拉索通過。斜拉索橫橋向呈2排布置，鞍座亦設(shè)2排。鞍座采用分絲管形式，每根分絲管穿1根鋼絞線，以方便將來單根換索。在兩側(cè)斜拉索出口處設(shè)抗滑錨板，以防止鋼絞線滑動。斜拉索為單索面，考慮到張拉設(shè)備、施工能力以及施工方便，單索面在橫橋向呈2排布置，每根拉索由31根環(huán)氧噴涂鋼絞線組成。鞍座亦設(shè)2排，采用分絲管形式。在兩側(cè)斜拉索出口處設(shè)抗滑錨板，以防鋼絞線滑動。拉索采用多重防腐措施，單根鋼絞線為環(huán)氧噴涂，外包單層PE，鋼絞線索外包HDPE套管。3.4下部結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)鉆孔揭示，橋址地層由Q4沖積物和二疊系砂巖互層構(gòu)成。Q4沖積物厚度為7.8～8.8m，二疊系砂巖由全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化、微風(fēng)化砂巖互層構(gòu)成。地下水位約在2.3～3.7m?；A(chǔ)采用鉆孔灌注樁，按嵌巖樁設(shè)計。4主橋結(jié)構(gòu)靜力分析橋墩、主梁和主塔都采用三維有限元梁單元，斜拉索采用只受拉的索單元，根據(jù)施工階段梁段的劃分和預(yù)應(yīng)力鋼束的布置，將主梁劃分為92個單元，變截面范圍內(nèi)處理為變截面單元；主塔為矩形截面，每個主塔劃分為12個單元；每個橋墩劃分為5個單元；全橋44根斜拉索劃分為44個索單元，全橋共計170個單元。根據(jù)施工組織設(shè)計，在施工階段，假定在左右墩頂處固結(jié)；在成橋運(yùn)營階段，左墩為固定支座，右墩和主梁兩端設(shè)置為沿橋梁方向的滾動支座，計算圖式如圖3所示。全橋采用以下荷載組合：(1)恒載+預(yù)加力+混凝土收縮、徐變+汽車-超20級；(2)恒載+預(yù)加力+混凝土收縮、徐變+掛車-120；(3)恒載+預(yù)加力+混凝土收縮、徐變+汽車-超20級+支座下沉1cm+橋面板升溫10℃；(4)恒載+預(yù)加力+混凝土收縮、徐變+汽車-超20級+支座下沉1cm+橋面板降溫10℃；(5)恒載+預(yù)加力+混凝土收縮、徐變+汽車-超20級+支座下沉1cm+整體升溫20℃；(6)恒載+預(yù)加力+混凝土收縮、徐變+汽車-超20級+支座下沉1cm+整體降溫20℃。計算結(jié)果表明，在使用階段主梁處于全截面受壓狀態(tài)，最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在塔根部，滿足設(shè)計要求。根據(jù)局部應(yīng)力分析結(jié)果，預(yù)應(yīng)力鋼束錨固端和支座連結(jié)處應(yīng)力分布復(fù)雜，應(yīng)加強(qiáng)局部配筋。5主橋結(jié)構(gòu)自振特性分析按照上述計算模型，筆者計算了結(jié)構(gòu)的自振特性。根據(jù)抗震分析的需要，計算了結(jié)構(gòu)的前100階振型，結(jié)構(gòu)振型示意見圖4～圖7，表1列出了結(jié)構(gòu)前15階的自振特性情況。研究表明：計算前20階振型，其縱向、橫向及豎向累計振型貢獻(xiàn)率均非常接近100%，超過美國UBC規(guī)范要求的90%。我國與橋梁抗震有關(guān)的規(guī)范對此沒有規(guī)定，說明前20階振型已涵蓋結(jié)構(gòu)的主要動力特性；從振型圖上看，前三階為以豎向?yàn)橹鞯恼裥?，第四階出現(xiàn)橫向振型，說明結(jié)構(gòu)具備較好的橫向剛度；取用三維實(shí)體單元反映的振型全面，能夠很好地把握結(jié)構(gòu)的動力特性，可以為成橋動測提供可靠的理論分析。6結(jié)論與建議通過離石高架橋的設(shè)計實(shí)踐，為我國成功應(yīng)用部分預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋又提供了一份寶貴的經(jīng)驗(yàn)。采用雙塔單索面預(yù)應(yīng)