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2016灵山高架桥设计

http://www.fang668.com 日期:12-02 22:15:10| 交通工程|人气:503

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  摘 要:灵山高架桥为龙丽高速公路龙游段上一座跨线高架桥。重点介绍该桥设计标准、桥跨布置以及结构设计和计算。为同类型结构日后的设计和施工提供参考。

  关键词:组合小箱梁桥 高架桥 预应力盖梁 挖孔灌注桩

  一、项目概况

  灵山高架桥是龙(游)-丽(水)高速公路龙游改建段上的一座高架桥,位于龙游县灵山乡。龙丽高速公路是在龙丽一级公路的基础上改建。由于一级公路改高速后,对一级公路实施时占用的50省道灵山段必须恢复。通过多种方案论证比较后决定采用全线高架桥跨越50省道,桥下的50省道按二级公路标准修建。高架桥上部构造为(45×25)m部分预应力砼组合小箱梁,先简支后连续,全桥分8联。该桥左右幅分离,单幅桥梁宽度为11.75m,全桥长1130m.桥址处地质岩层较浅,岩性单一,属片麻岩。桥位处属亚热带季风气候,极端最高气温41.8℃,极端最低气温-11.4℃,年平均气温在16.3~17.3℃。

  二、设计标准

  1.公路等级:高速公路;

  2.设计荷载:公路-I级;

  3.计算行车速度:80km/h;

  4.桥梁横断面:整体式路基宽24.5m,桥梁比路基两边窄0.25m,桥梁左右幅分离,单幅桥梁宽度为11.75m,横断面布置为0.5m(钢筋砼防撞护栏)+10.5m(行车道)+0.75m(波形钢护栏);

  5.地震动峰值加速度系数:0.05g,重要性修正系数

  1.3,抗震构造措施按七度设防。

  三、总体设计

  桥址处地形平坦,两边为灵山乡村民居住区,人员比较密集。已建成的龙丽一级公路为双向四车道,交通量较大。要求施工过程中不能中断龙丽一级公路、50省道的通行,因而桥梁规模、施工难度都比较大。桥型方案设计,力求做到技术可靠、经济合理、施工方便、施工周期短、维护费用低,并且尽量减少对相关工程正常运营的影响。结合初步设计专家评审意见,上部构造选择预制的预应力砼组合小箱梁,先简支后连续。

  桥跨布置为:(6×25+5×25+3×(6×25)+2×(5×25)+6×25)m,墩台均按法向布置。全桥分为8联,左右幅布跨相同。下部构造为:矩形墩、肋式台,矩形挖孔灌注桩基础。

  四、上、下部结构设计

  1.上部结构

  本桥上部结构采用25m部分预应力(A类)混凝土组合小箱梁,5~6孔为一联,采用多箱单独预制,简支安装,现浇连续接头的先简支后连续的结构体系。梁高140cm,顶板厚18cm,底板厚从跨中至根部由18cm变化为25cm,腹板厚从跨中至根部由18cm变化为25cm.半幅桥每孔布置4片箱梁,箱梁梁间距为285cm,悬臂长160cm,箱梁之间设18cm厚横向湿接缝。箱梁连续处设1道厚35cm的中横梁,边跨梁端设1道厚25cm的端横梁。小箱梁采用C50混凝土预制。

  2.下部结构

  下部结构的特点是桥墩类型多,是本桥设计的难点,也是本文要重点介绍的内容。为了保证桥下50省道的通行净空要求,本桥采用二柱或者三柱式桥墩。二柱式墩有37个,其中柱间距为14m的有35个,柱间距为12.4m的有1个,柱间距为15.2m的有1个;三柱式墩有7个。全桥合计有10种不同类型的桥墩。

  桥墩盖梁统一采用矩形截面,高为200cm,宽为180cm.其中预应力盖梁设计又是本桥最复杂的部分。盖梁采用C50混凝土,按全预应力砼构件设计。采用ASTM A416/A416M-98标准的低松驰钢铰线,其标准强度1860MPa,直径15.24mm,公称面积140mm2,弹性模量Ey=1.95×105MPa,所使用的预应力锚具应符合国家标准GB/T 14370—2000中规定的I类锚具要求。管道采用预埋金属波纹管成型。

  桥墩墩身采用等截面矩形实心墩,墩高为600~700cm.两柱式和三柱式中墩的墩身截面尺寸为:180cm(横)×150cm(纵);三柱式边墩为:150cm(横)×150cm(纵)。墩柱按普通钢筋砼构件设计,采用C30混凝土。

  为了加快施工进度和减少施工过程中对龙丽一级公路、50省道正常运营的影响,建设单位要求设计单位对桥墩下部桩基进行优化设计。桥址处弱风化岩层比较浅,如果按嵌岩桩设计,桩长只有15~25米,完全可以采用人工开挖。采用这种施工方法每个桥墩之间互相独立不受影响,作业面广,可以同时大面积施工。经过综合分析比较,桥墩下部桩基并没有采用以往通常的做法:群桩加承台;而是采用等截面大尺寸矩形挖孔灌注桩。两柱式和三柱式中墩的桩基截面尺寸为:240cm(横)×180cm(纵),三柱式边墩为:180cm(横)×180cm(纵);采用C25混凝土。

  五、结构计算

  1.组合小箱梁

  小箱梁内力计算采用平面杆系有限元程序桥梁博士3.0进行计算,荷载横向分配系数采用刚接板(梁)法计算,并用梁格法进行检算,桥面板计算按单向板和悬臂板计算。本设计为部分预应力(A类)混凝土结构,故跨中底板和支点处顶板根据承载能力极限状态设置受力钢筋。此种结构在高速公路上比较常用,有较成熟的设计、施工方法,本文不再赘述。

  2.盖梁桥墩盖梁施工及运营阶段的内力计算采用桥梁博士3.0进行计算。预应力混凝土现浇盖梁施工工艺流程为:下部桩基、立柱施工完成后,搭设支架浇筑盖梁砼;盖梁砼达到设计强度后张拉第一批钢束;然后进行上部小箱梁的架设,再张拉第二批钢束;最后进行桥面系施工。按此流程分4个主要工况计算结构各截面内力、应力和位移。成桥运营计算包括恒载、活载、支点沉降和温度等工况,按规范进行最不利荷载组合。温度荷载按体系升温5°C及降温5°C计算;不均匀沉降按10mm计算。

  计算结果:在最不利荷载组合下,盖梁上缘最小应力为压应力1.2MPa,盖梁上缘最大应力为压应力5.5MPa,盖梁下缘最小应力为压应力0.5MPa,盖梁下缘最大应力为压应力6.6MPa,均满足规范要求。

  3.盖梁与墩柱连接方式对比计算

  一般桥墩盖梁与墩柱都是采取直接固结的连接方式,本桥设计中两柱式桥墩也是采用这种方式,见图1.但是在三柱式桥墩盖梁计算中,发现离中柱距离比较大的边柱如果采用梁柱固结,计算很难满足规范要求,因此采取盖梁与墩柱之间设置单向活动盆式支座,见图2.

  为弄清2种连接方式对盖梁的影响,在设计中,针对梁柱设置支座和固结2种情况进行对比计算。取5号墩盖梁靠边墩的部分单元在运营阶段的截面应力进行比较,其结果见表1.

  单元号截面号下缘应力(MPa)

  表1说明梁柱之间设置支座可有效增加截面下缘的压应力,对预防盖梁下缘开裂有明显的作用。因此,在该桥设计中,对三柱式桥墩盖梁均设置有盆式支座。其中3、4、39和40号墩两侧边柱设盆式支座,5、6和38号墩单侧边柱设盆式支座。

  六、结语

  灵山高架是龙丽高速公路上的控制性工程之一,施工工期短、施工场地受限制、下部桥墩构造复杂是该桥的特点也是设计和施工的难点。通过精心设计,努力创新,大胆采用新技术、新工艺,使该桥上下部结构尺寸合理、比例协调,全桥气势宏大,庄重沉稳又不失轻盈美观,符合安全、经济、适用、美观的原则。本工程对类似高架桥工程日后的设计和施工具有一定的参考价值。

  参考文献

  [1] JTG D60-2004.公路桥涵设计通用规范[S].

  [2] JTG D62-2004.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

  [3] 浙江省交通规划设计研究院。龙丽高速公路(龙游改建段)施工图设计[Z].2005.

2016灵山高架桥设计
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