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摘 要 介紹京福高速公路大蒲高架橋主橋三跨等截面連續(xù)箱梁的設(shè)計特點。
關(guān)鍵詞 等截面連續(xù)箱梁 結(jié)構(gòu)設(shè)計 單支承
1 概述
大蒲高架橋位于閩侯境內(nèi)，是北京至福州國道主干線福州境內(nèi)的一座大橋，橋梁全長2015.1m，主橋斜跨國道316（交角為34.4°）。本橋東岸受軟土路基控制，西岸接南嶼互通立交主線橋。大蒲高架橋布孔方案左幅為：（1孔20m預應力砼簡支T梁）+（23+35+23m預應力砼等截面連續(xù)箱梁）+（1×20m預應力砼簡支T梁）+（3聯(lián)5×30m預應力砼連續(xù)T梁）+（8聯(lián)6×30m預應力砼連續(xù)T梁）。右幅為：（2×20m預應力砼簡支T梁）+（23+35+23m預應力砼等截面連續(xù)箱梁）+（3聯(lián)5×30m預應力砼連續(xù)T梁）+（8聯(lián)6×30m預應力砼連續(xù)T梁）。橋位平面圖及主橋立面布置分別見圖1和圖2。
本橋的突出特點：主橋上部為等截面連續(xù)箱梁，下部為獨柱墩，這是我省高速公路上首座此類型的橋梁。圖1 橋位平面圖   見附件
2 設(shè)計技術(shù)標準
（1）計算行車速度：80km/h；
（2）設(shè)計荷載：汽超20-級，掛-120；
（3）橋面凈寬：凈11+2×0.5m；
（4）設(shè)計水位：8.3m（百年一遇）；
（5）地震基本烈度：7度，按8度設(shè)防；
（6）氣候：年平均氣溫19.6°C,年平均降水1343.8mm，年平均風速2.8m/s，年平均相對濕度77%。
圖2 主橋立面圖   見附件
3 主橋上部構(gòu)造
本橋主橋為(23+35+25)m三跨等截面連續(xù)箱梁，箱梁高2m，斷面為單箱雙室，兩翼懸臂長2.5m,底寬7m。在邊跨跨中和中跨跨中均設(shè)置一道實體厚30cm的中隔板，在各跨支承處均設(shè)置一道實體厚100cm或120cm的端隔板。主橋中支承為單點單支承，邊支承為雙點支承。箱梁縱向布置預應力鋼絞線。
根據(jù)箱梁結(jié)構(gòu)受力特點及布置預應力鋼絞線的要求，擬定結(jié)構(gòu)尺寸如下：
⑴頂板：在端隔板至跨中方向4m范圍內(nèi)頂板厚度由45cm過渡到20cm；中隔板兩側(cè)20cm范圍內(nèi)頂板厚度由30cm過渡到20cm。
⑵底板：在端隔板至跨中方向4m范圍內(nèi)底板厚度由40cm過渡到20cm；中隔板兩側(cè)20cm范圍內(nèi)底板厚度由30cm過渡到20cm。
⑶肋板：肋板承受截面剪應力及主拉應力，并承受局部荷載產(chǎn)生的橫向彎矩，其厚度還必須滿足布置預應力鋼筋及澆筑混凝土的要求。因本橋箱梁斷面為單箱雙室，所以有3個肋板，在端隔板至跨中方向4m范圍內(nèi)邊肋板厚度由70cm過渡到35cm，中肋板厚度由90cm過渡到35cm；中隔板兩側(cè)20cm范圍的內(nèi)邊肋板厚度由55cm過渡到35cm，中肋板厚度由75cm過渡到35cm。
⑷梗腋：頂板與肋板交接處設(shè)80×25cm的上梗腋，以減少崎變應力，減少橋面板跨中彎矩，避免應力集中。底板與肋板交接處設(shè)25×25cm的下梗腋。
4 主橋下部構(gòu)造
由于本橋是斜跨316國道的高架橋，因此主墩采用圓形獨柱墩，具有整體外形簡潔美觀，橋下通視好的優(yōu)點。為布置支座需要，主墩頂1.4m范圍內(nèi)直徑由1.9m過渡到1.6m，并采用40#混凝土，其余部分為30#混凝土，主墩支座采用KPZ抗震盆式橡膠支座，主墩構(gòu)造見圖3。連接墩為圓形雙柱輕型墩，墩徑為1.5m，連接墩構(gòu)造見圖3。基礎(chǔ)均為鉆孔灌注樁。
圖3 橋墩構(gòu)造圖   見附件
5 上部結(jié)構(gòu)計算
采用同濟大學"橋梁博士2.8版直線梁橋平面桿系有限元程序"進行主橋上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析及配索，截面尺寸詳見圖4典型斷面圖。整個上部結(jié)構(gòu)共劃分為185個節(jié)點，328個單元，其中縱梁根數(shù)有5根，總計180個單元�？v梁單元編號如下：
  ①號縱梁 單元編號 1～36
  ②號縱梁 單元編號 37～72
  ③號縱梁 單元編號 37～108
  ④號縱梁 單元編號 109-144
  ⑤號縱梁 單元編號 145～180

（1）施工階段。
  ① 搭架現(xiàn)澆3跨連續(xù)箱梁，經(jīng)過正�；炷�土養(yǎng)護齡期后張拉預應力鋼索。
  ② 卸支架，施工二期恒載。
（2）運營階段。
  按距施工完畢500d和1000d分別計算計入活載的組合效應。
5.2 預應力體系
主橋采用OVM-12張拉錨固體系，鋼絞線采用ASTM A416-90a標準，高強度低松弛270k級φj15.24鋼絞線，其標準強度為1860MPa,,公稱直徑15.25mm,公稱面積140mm2。預應力波紋管采用鍍鋅雙波金屬波紋管。
有關(guān)預應力計算參數(shù)：預應力鋼索錨下張拉控制應力為1395MPa（未考慮錨具錨口摩阻損失）,張拉控制力2343.6kN,采用一次張拉，松弛系數(shù)為0.07,預應力管道摩擦系數(shù)μ=0.25,管道偏差系數(shù)K=0.0015,錨具變形和鋼束回縮量為6mm,
5.3 溫度場
超靜定結(jié)構(gòu)中，溫度應力可以達到甚至超過活載應力，已被認為是預應力混凝土橋梁產(chǎn)生裂縫的主要原因。溫度應力達到一定數(shù)值，有可能增加箱梁腹板的主拉應力，惡化斜截面的抗裂性。所以選用符合實際情況的溫度梯度曲線十分重要。根據(jù)橋址區(qū)的氣象條件并參考有關(guān)文獻及相似工程，本橋采用的溫度場為：
⑴均勻溫差：升溫取25℃，降溫取-20℃。
  ⑵不均勻溫差：升溫模式取新西蘭升溫溫差模式，降溫模式取英國降溫溫差模式（BS5400），如圖5所示。圖中H為梁高。圖5不均勻溫差模式 見附件
5.4 沉降計算
  (1) 邊墩沉降取1cm。
  (2) 中墩沉降取1cm。
兩種工況取不利值。
5.5 計算組合
  組合一：結(jié)構(gòu)重力+預應力+汽車+支沉①（或支沉②）；
  組合二：結(jié)構(gòu)重力+預應力+汽車+支沉
①（或支沉②）+升溫模式（或降溫模式）；
  組合三：結(jié)構(gòu)重力+預應力+掛車。
5.6 計算結(jié)果
根據(jù)以上所述的計算方法及考慮計算參數(shù)、工況等，進行預應力配索設(shè)計計算(23m+35m+23m)等截面連續(xù)箱梁上部結(jié)構(gòu)在主要組合（組合一）為全預應力構(gòu)件，在附加組合（組合二）為部分預應力A類構(gòu)件。運營階段結(jié)構(gòu)應力見表1。箱梁需設(shè)置8mm預拱度。
表1運營階段結(jié)構(gòu)應力 見附件
6 橫向計算
由于箱梁的肋距較大，箱壁相對較薄，所以箱梁的橫向內(nèi)力計算是十分重要的。本橋的橫向計算仍采用采用"橋梁博士2.8版直線梁橋平面桿系有限元程序"。計算方法為框架分析法，其原理是：在箱梁的長度方向上截取單位長度的薄片框架，利用結(jié)構(gòu)力學方法進行分析，但必須滿足框架的變形與整個梁體協(xié)調(diào)一致的原則。
本橋為等截面箱梁，計算步驟為：取1m長的跨中箱梁梁段（見圖4中"跨中典型斷面"），視為平面框架，先對此框架加支承，進行框架分析，然后釋放支承，進行結(jié)構(gòu)分析，最后將兩者內(nèi)力疊加，即為箱梁的橫向內(nèi)力。根據(jù)此內(nèi)力進行橫向配筋。
7 下部結(jié)構(gòu)計算
下部結(jié)構(gòu)計算除考慮常規(guī)影響因素外，還考慮了在地震基本烈度為Ⅶ度情況下土層震陷影響。墩柱和樁基礎(chǔ)按極限狀態(tài)法及裂縫控制進行配筋和驗算。
8 結(jié)語
  (1) 箱形截面具有強大抗扭性能，所以在中支承為單點支承及偏心荷載作用下，結(jié)構(gòu)在施工與使用過程具有良好的穩(wěn)定性。
  (2) 箱梁頂?shù)装宥季哂休^大的混凝土面積，能有效地抵抗正負彎矩,適應連續(xù)梁等具有正負彎矩的結(jié)構(gòu)。
  (3) 城市高架橋中,上部采用箱形截面,下部采用獨柱墩,具有橋梁外形簡潔美觀,橋下通視好的優(yōu)點，應用廣泛。
參考文獻
1 郭金瓊.箱形梁設(shè)計理論.人民交通出版社,1991
2 范立礎(chǔ).橋梁工程.人民交通出版社,1996
3中華人民共和國交通部部頒標準.公路橋涵設(shè)計規(guī)范.人民交通出版社,1991