石釗山號右線大橋設(shè)計

石釗山號右線大橋設(shè)計

1m的連續(xù)剛構(gòu)史泰山右線橋是一座大型跨徑混凝土箱梁的連續(xù)、開放結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)橋。直徑調(diào)整為60m115m155m115m65m。第一個五個洞是連續(xù)第二個孔，第二個兩個孔是連續(xù)梁。橋長749m，最大碼頭為80m。本橋位于半徑為762m的平曲線上,由漳州向龍巖為4%升坡,超高橫坡在2%～3%內(nèi)變化,橋?qū)捰?3.75m變至13.25m。1.1不均勻沉降驗算汽車—超20級,掛車—120;由于基礎(chǔ)均為嵌巖樁,不均勻沉降按5mm計;因本橋橋墩較高,風(fēng)力基本風(fēng)壓按750Pa考慮;計算合攏溫度根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀髼l件采用20℃,常年溫差按±20℃考慮。1.2預(yù)應(yīng)力束、錨具和群錨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁采用60號混凝土,合攏段采用60號微膨脹混凝土,墩身40號混凝土,樁基30號混凝土,橋臺基礎(chǔ)25號混凝土。箱梁采用縱向和豎向雙向預(yù)應(yīng)力體系,縱向預(yù)應(yīng)力束采用公稱直徑ue001φ15.24mm高強低松弛270級鋼絞線,標(biāo)準(zhǔn)強度為Rbyyb=1860MPa,錨具采用群錨體系;豎向預(yù)應(yīng)力采用直徑為30mm的精軋螺紋鋼。橋面鋪裝為6cm厚50號混凝土墊層加涂料防水層及8cm厚瀝青混凝土橋面,伸縮縫采用型鋼伸縮裝置,支座采用盆式橡膠支座。2大跨徑橋梁本橋位于溪谷中,兩岸山體均為懸崖峭壁,為減少工程量及保護自然環(huán)境,必須沿溪流建造大跨度彎橋,尤其是處于深谷時必須采用超高墩大跨徑橋梁。在谷深山陡的自然條件下,采用大跨度連續(xù)剛構(gòu)是十分有利的。然而龍巖端山巖突出,地面高差大,在采用100m以上跨徑跨過突出巖石的同時,還要采用較低的橋墩,因此為消除常年溫差產(chǎn)生的巨大次內(nèi)力,必須采用連續(xù)梁。綜上所述,最后采用7孔一聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁連續(xù)—剛構(gòu)組合體系彎橋,最高墩高達80m,橋型布置見圖1。2.1縱向預(yù)應(yīng)力鋼束梁高取值見表1,梁高變化段梁底采用圓曲線變化,155m跨和115m跨曲線半徑分別為267.84m和253.75m。箱梁橫截面為單箱單室直腹板,箱梁頂寬度為13.75m,底寬為6.75m,兩側(cè)翼緣挑臂為3.5m。全橋頂板厚為26cm。底板為變厚度,變化隨圓曲線變化,155m跨支點處底板厚為80cm,跨中為36cm;與155m跨相鄰的115m跨支點處底板厚為70cm,跨中為36cm;其它115m跨及邊跨支點底板厚為70cm,跨中為25cm。腹板亦為變厚度,155m跨和115m跨靠支點區(qū)段腹板厚分別為80cm和65m,跨中區(qū)段均為40cm。剛構(gòu)墩及連接墩支點處均設(shè)2×100cm厚雙橫隔板,且加設(shè)橫向預(yù)應(yīng)力筋,邊跨支點處為80cm厚單隔墻,跨中不設(shè)隔板?？v向預(yù)應(yīng)力鋼束按其位置可分為4種類型:(1)頂板懸臂束;(2)頂板合攏束;(3)腹板懸臂束;(4)底板合攏束。除頂板懸臂束及第3、5、6跨底板合攏采用Φj15.24-19鋼絞線外,其它均為Φj15.24-12鋼絞線。本橋主要部位的配束數(shù)量見表2。2.2設(shè)置橋墩及基礎(chǔ)1～4號墩為墩梁固結(jié)的剛構(gòu)結(jié)構(gòu)。墩身截面為6.75m×5m空心墩,壁厚為1m。其墩身底部8m高為實心段,以防止碎石、漂石對墩身的破壞,頂部設(shè)3m實心段。5號、6號墩為設(shè)置支座的連續(xù)梁橋墩,墩身截面為6.75m×5m空心墩,壁厚為0.8m,墩身底部8m高為實心段,頂部3m也為實心段,墩頂設(shè)0.5m深的頂梁槽,墩帽兩側(cè)設(shè)抗震擋塊。7號墩為建安關(guān)高架橋的交接墩,采用直徑為2.2m的雙柱式墩,柱高每10m設(shè)一橫系梁。0號橋臺采用重力式片石混凝土橋臺。2號、3號墩基礎(chǔ)采用4根樁徑2.8m的挖孔嵌巖樁,1號、4～6號墩采用4根樁徑2.6m的挖孔嵌巖樁,樁尖嵌入微風(fēng)化花崗巖面應(yīng)大于2.5倍樁徑。7號墩采用2根樁徑2.2m的挖孔嵌巖樁基礎(chǔ)。0號橋臺采用明挖擴大基礎(chǔ)。3懸臂兩端不平衡問題的解決方法設(shè)計采用掛籃逐段懸臂澆注法施工。由于本橋為不等跨連續(xù)—剛構(gòu)體系,施工中必然會出現(xiàn)懸臂兩端不平衡的狀態(tài),由于超高柔性墩,抵抗不平衡彎矩的能力較差,因此,設(shè)計中采用了不同底板厚度、臨時壓重及澆注素混凝土永久壓重等措施,盡量保證橋墩處于平衡受力狀態(tài)。表3為本橋的主要設(shè)計施工步驟,不平衡施工將占較長的工期。4空間兩種程序的分析計算本橋處于曲線段上,墩高、坡陡。為準(zhǔn)確把握結(jié)構(gòu)的受力性能,設(shè)計中采用平面與空間兩種程序進行分析計算。雖然本橋在平曲線上,但是155m最大跨的圓心角只有11.65°,曲率對彎矩和剪力的影響很小,因此,利用平面桿系程序按弧長為跨徑進行總體內(nèi)力計算和配筋,而利用空間板單元程序進行箱梁抗扭及局部應(yīng)力分析。4.1內(nèi)容載荷恒載內(nèi)力計算按施工工序進行全過程模擬計算,圖2為成橋3年后的內(nèi)力圖,圖3為成橋狀態(tài)應(yīng)力圖及施工全過程的應(yīng)力包絡(luò)圖。4.2內(nèi)容組織活載內(nèi)力計算采用動態(tài)規(guī)劃法在影響線上加載,圖4為汽車-超20級的內(nèi)力包絡(luò)圖,圖5為掛車-120的內(nèi)力包絡(luò)圖。4.3基礎(chǔ)不均勻沉降+混凝土收縮+預(yù)應(yīng)力+mdd本橋的應(yīng)力驗算主要進行了以下3項:組合Ⅰ:恒載+汽車-超20級+基礎(chǔ)不均勻沉降+混凝土收縮、徐變+預(yù)應(yīng)力;組合Ⅱ:恒載+汽車-超20級+基礎(chǔ)不均勻沉降+混凝土收縮、徐變+預(yù)應(yīng)力+溫差;組合Ⅲ:恒載+掛車-120+混凝土收縮、徐變+預(yù)應(yīng)力。圖6為主梁在使用階段的應(yīng)力包絡(luò)圖。將使用階段應(yīng)力包絡(luò)圖與成橋時應(yīng)力圖進行比較可以發(fā)現(xiàn),本橋活載附加荷載效應(yīng)所占比例較小,約為恒載的15%。主梁除在組合Ⅱ下局部位置出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力外,均不出現(xiàn)拉應(yīng)力,這說明由于墩身很高,對主梁的約束作用很小,同時在5、6號較矮的橋墩處采用連續(xù)梁體系是非常合理的。4.4直梁與空間、直梁的彎矩對比本橋位于半徑為762m的平曲線上,最大跨徑達155m,為考慮曲梁的彎扭耦合效應(yīng),設(shè)計中對恒載進行了空間分析。由于最大跨的圓心角只有11.65°,采用空間計算和直梁計算,彎矩相差只有1%,而兩者的剪力幾乎相同。但是,采用空間計算時主梁中存在一定的扭矩,按一次落架計算時最大扭矩約為支點最大彎矩的8%,這一扭矩對于本橋所采用的閉合箱形截面是很小的,按箱梁腹板及頂、底板中的構(gòu)造配筋驗算即可通過。實際上,由于采用懸臂澆注施工,成橋時的扭矩比按一次落架計算小。這是因為懸臂施工階段的扭矩與合攏后施加的二次恒載扭矩方向相反。4.5橋墩扭轉(zhuǎn)引起的撓度分析由于墩身很高,橋墩的線剛度較小,在確定預(yù)拱度時必須考慮橋墩的影響。預(yù)拱度按上述施工過程模擬計算的主梁撓度反向取值。根據(jù)以下計算結(jié)果:(1)橋墩最大壓縮量出現(xiàn)在1號墩,施工至最大懸臂時的墩頂壓縮量為24mm;(2)橋墩最大橫橋向偏移量出現(xiàn)在2號墩,施工至最大懸臂時墩頂向曲線內(nèi)側(cè)偏移22mm;(3)橋墩最大縱向偏移量出現(xiàn)在1號墩,成橋3年后1號墩頂將向2號墩方向偏移95mm;(4)主梁最大扭轉(zhuǎn)角出現(xiàn)在第3跨跨中,當(dāng)施工到最大懸臂時,由于扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的內(nèi)外側(cè)腹板撓度差為18mm(向曲線內(nèi)側(cè)扭轉(zhuǎn));(5)二期恒載使主梁向曲線外側(cè)扭轉(zhuǎn),第3跨跨中內(nèi)、外側(cè)腹板撓度差為3mm。從計算結(jié)果可以看出,扭轉(zhuǎn)使主梁產(chǎn)生的扭角是很小的,但是扭轉(zhuǎn)使橋墩產(chǎn)生一