依兰松花江大桥主跨160 m连续梁桥设计

李 鹏

(黑龙江省公路勘察设计院)

依兰松花江大桥主跨160 m连续梁桥设计

李 鹏

(黑龙江省公路勘察设计院)

介绍了依兰松花江大桥主跨160 m连续梁施工图设计情况，对以后类似桥梁的设计提供参考。

连续梁;应力;强度;预应力

1 概述

依兰松花江大桥位于依兰县松花江江段主航道上，全长1 468.92 m，依兰松花江大桥主桥采用3跨预应力混凝土连续箱梁结构，跨径组合为94.6 m+3×160 m+94.6 m，主桥全长669.2 m，依兰县侧引桥采用8×45 m预应力混凝土简支T梁结构，迎兰县侧引桥采用5×45 m预应力混凝土简支T梁+7×30 m预应力混凝土简支转连续箱梁结构。

依兰松花江大桥全宽13.0 m，两车道。桥面布置为1.25(人行道)+ 净 10.5 m(行车道)+1.25 m(人行道)。主桥采用单箱单室箱梁。

2 箱梁尺寸的拟定

拟定上部结构尺寸的原则是尽量减少主梁的自重，增加截面的有效承载能力，做如下考虑。

2.1 箱梁高度

主桥箱梁采用单箱单室断面，主跨墩顶的箱梁高度为9.5 m，跨中高度3.7 m，其间的梁高在纵桥向按2次抛物线变化，抛物线方程为Y=0.001 004X2+3.7。

2.2 箱梁截面细部尺寸

箱梁全宽13.0 m，其中，底板宽 6.5 m，翼缘板长度为3.25 m。翼缘板厚度分成两段变化，端部为0.2 m，在距离端部2.8 m 处为0.5 m，根部为 0.95 m，其间按直线变化。底板与腹板相交处设置0.6 m×0.3 m的承托。

箱梁的顶板厚度为0.3 m;腹板在跨中52 m范围内为0.55 m，向支点方向依次过渡为0.55 m、0.70 m、0.85 m; 底板厚度在跨中为0.30 m，在墩顶根部为1.0 m，其间按2次抛物线变化。

2.3 节段划分

箱梁施工采用悬臂浇筑法施工，全桥共分4个T墩，每个T墩包括19种节段(0#～19#)，每个节段箱梁底板按直线变化。箱梁悬浇节段长度为2.5～5 m，悬浇节段重量为139.46 ～179.06 t，合拢段长度为 2 m，边跨现浇段长度为11.6 m。

3 箱梁预应力体系的选择及钢束布置

主桥箱梁预应力系统包括纵向预应力、横向预应力及竖向预应力，纵向预应力管道用真空压浆塑料波纹管，横、竖向预应力采用金属波纹管。

3.1 纵向预应力钢束布置

纵向预应力配置顶板束、底板束和腹板下弯束，采用大吨位、双侧张拉锚固体系，并充分发挥箱梁顶、底板的潜力，通过计算尽可能减少钢束编束根数，避免锚下应力过大而产生腹板裂缝。

(1)腹板束布置

为抵抗腹板主拉应力，设置腹板下弯束是比较有效的方式。虽然理论上可以通过竖向预应力和纵向顶板预应力来控制腹板的主拉应力，而不设置腹板下弯束，该布束的前提是竖向预应力必须可靠，但实际情况很难达到预期性能。主要有以下原因:一是变截面箱梁高度从支点向跨中逐渐减小，对于这种短预应力筋，其预应力损失较大。二是竖向预应力筋通常一端张拉，一旦失效，无法补救。鉴于竖向预应力作为储备保留。

悬浇节段单侧腹板设置1束17φs15.2下弯束，张拉控制力为3 296 kN，并且下弯半径控制在8 m以上，下弯角度控制在35°以上。

(2)顶板束布置

箱梁截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位，本次设计采取加大顶板与腹板的承托的尺寸做法，不但提高了截面的抗弯刚度和抗扭刚度，还可以吸收负弯矩，从而减少了桥面板的跨中正弯距，并且有利于顶板束的布置。

悬浇节段设置4束17/19φs15.2顶板束，并用过平弯锚固于顶板与腹板的承托内，并在悬浇节段预留备用孔道。

(3)合拢束布置

在合拢阶段，边跨有18束19φs15.2顶板钢束、14束19φs15.2底板钢束，并在底板预留备用孔道;在中跨有2束13φs15.2顶板钢束、22 束 19φs15.2 底板钢束，并在底板预留备用孔道。

为了避免合拢段顶板钢束与悬浇节段顶板钢束出现对拉状态，合拢段顶板钢束采用齿板锚固于箱梁顶板中心位置，合拢段底板钢束通过平弯，锚固于腹板与底板的承托附近。

3.2 横向预应力束布置

横向预应力束采用4φs15.2钢绞线，锚具采用BM15-4张拉锚固体系，张拉控制力为776 kN。钢束纵向布置间距为75 cm，采用单侧张拉。

3.3 竖向预应力钢筋布置

竖向预应力采用JL25高强精轧螺纹钢筋，张拉控制力为228 kN，纵向布置间距为50 cm或75 cm，每侧腹板内设置两排竖向预应力钢筋，锚具采用YGM张拉锚固体系，采用单侧张拉。

4 结构设计

4.1 设计条件

(1)采用规范

本桥按承载能力极限状态法设计，采用的规范为《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)及《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)。

(2)设计荷载(见表1)

表1 设计荷载

(3)材料强度及弹性模量(见表2)

表2 材料强度及弹性模量 MPa

4.2 结构计算分析

纵向结构计算采用《桥梁博士》(V3.20)软件系统分析计算，按5跨连续梁建立计算模型，全桥共分198个单元，63个受力阶段。按“规范”要求对构件进行短暂状况(施工阶段)构件应力验算(见表3)、持久状况正常使用极限状态抗裂验算(短期效应组合见表4、长期效应组合见表5)、持久状况构件应力验算(见表6)。

表3 施工阶段混凝土应力表 MPa

表4 短期效应组合抗裂验算表 MPa

表5 长期效应组合抗裂验算表 MPa

表6 持久状况混凝土应力验算表 MPa

箱梁横向按框架结构计算，同样采用《桥梁博士》(V3.20)软件系统分析计算，各截面的应力和强度均满足“规范”要求，限于篇幅，应力及内力图表本文未列出。

5 箱梁材料用量及参数

主桥上部结构主要材料用量为C55混凝土11 299 m3，普通钢筋1 795 t，φs15.2 钢绞线 731.7 t，JL25 高强精轧螺纹钢筋87.9t，主桥上部结构主要材料用量及参数表见表7。

表7 主桥上部结构主要材料用量及参数表

6 结束语

目前依兰松花江大桥已完成基础及下部结构施工，预计2013年10月建成通车。

U442

C

1008-3383(2012)03-0066-02

2011-10-20

李鹏(1982-)，男，从事公路桥梁勘察设计工作。