水库深水高墩大跨连续刚构桥设计

第２８卷第３期　２０１６年７月　黄河水利职业技术学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｙｅｌｌｏｗ　Ｒｉｖｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｖ０ｌＪ２８　Ｎｏ．３　Ｊｕ１．２０１６　水库深水高墩大跨连续刚构桥设计　黄　毅　，刘红杰　，胡　岚２　（１．黄河勘测规划设计有限公司，河南郑州４５００００；２．中南建筑设计院股份有限公司，湖北武汉４３００７１）　摘　要：四川大渡河大岗山水电站库区￥２１１省道淹没复建公路田湾河大桥主梁跨径为（７８＋１４０＋　７８）ｍ，主墩高为８９．５　ｍ和７０　ｍ。探讨了桥梁上部结构（箱梁尺寸、预应力体系）和下部结构的设计，　对全桥进行静力分析。　关键词：四川大渡河；田湾河大桥；深水；高墩；大跨连续刚构桥；静力分析　中图分类号：Ｕ４４１　文献标识码：Ｂ　ｄｏｉ：１０．１３６８１／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ４１～１２８２／ｔｖ．２０１６．０３．００２　省道淹没复建公路交通线上的重要组成部分．是保　障石棉县至泸定县交通线贯通的重要节点　该桥位　于田湾河和大渡河的交汇处．全桥横跨田湾河．是秀　丽大山中的一颗璀璨明珠。　田湾河大桥为预应力混凝土连续刚构．宽为８　ｍ，　两侧设置０．５　ｍ宽的防撞护栏．全长为３０４．１６　ｍ．　桥跨布置为７８　ｍ＋１４０　ｍ＋７８　ｍ。该桥上部构造为单　箱单室变截面箱型梁．主桥墩身上部采用双肢变　截面矩形实心墩．主墩高度为８９．５　ｍ和７０　ｍ。桥　梁设计荷载按公路Ｉ级进行设计．挂车一３００进行　校核．抗震设防烈度为Ⅷ度。桥型布置如图１所　示　Ｏ　引言　随着我国交通工程和水利工程的飞速发展．越　来越多的跨大江、大河、水库的桥梁不断涌现，不可　避免地会出现很多深水高墩连续刚构桥梁。深水高　墩连续刚构桥由于具有高墩、深水、大跨的特点，其　受力特征也比较独特。笔者针对四川大渡河大岗山　水电站库区￥２１１省道淹没复建公路田湾河大桥．采　用ＭＩＤＡＳ　ＣＩＶＩＬ有限元软件对其进行静力分析．探　讨桥梁的结构尺寸、预应力体系和整体结构设计的　合理性　１　工程概况　田湾河大桥是大渡河大岗山水电站库区￥２１１　图１　田湾河大桥桥型布置图（单位：ＣＩＴＩ）　Ｆｉｇ．１　Ｂｒｉｄｇｅ　ｔｙｐｅ　ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｔｉａｎｗａｎ　ｒｉｖｅｒ　ｂｒｉｄｇｅ（Ｕｎｉｔ：ｃｍ）　收稿日期：２０１６—０４—１９　作者简介：黄４　毅（１９８４一），男，湖北仙桃人，工程师，硕士研究生，主要从事道路桥梁的设计研究。　黄毅，等：水库深水高墩大跨连续刚构桥设计　２结构设计　２．１上部结构设计　２．１．１箱梁构造　变化。箱梁　块底板厚度为１００　ｃｉｎ，从悬臂根部至　悬浇段．各梁段底板厚按１．８次抛物线由９６．３　ｃｍ　变为３２　ｃＩＴＩ．跨中合龙段及边跨现浇段底板厚度为　在预应力混凝土桥梁中．随着跨径的增加，恒载　３２　ｃｍ　在大桩号侧边跨现浇段设置直径为６０　ｃｍ的　人洞。箱梁　块顶板厚度为５０ｃｒｌ１．其余节段为２５　ｃ１ＴＩ　箱梁０＃￣９　块的腹板厚度为７０　ｃｍ．１０　块的腹板厚度　占结构受力的比重越来越大…。所以，为了保证梁体　有足够的承载能力和应力幅度。本桥采用了高强度　的Ｃ５５混凝土．从而有效地减轻了桥梁自重，使得　桥梁的安全性大大增强　主桥１４０　ｎｌ跨箱梁采用单箱单室直腹板断面，　顶板宽度为８　１ＴＩ．箱梁根部梁高为８．５　ｍ．跨中及边　跨合龙段梁高为３　ＩＴＩ．箱梁底板下缘按１．８次抛物线　为７０～５０ａｍ，其余梁段的腹板厚度为５０ｃｍ　主梁悬臂　长度为１．７５　ｍ，翼缘外侧厚为１５　ｃｍ，根部厚为６０　ｃｍ．　采用折线变化。边跨现浇段处设置宽度为１．６　ｍ的　端横梁　端横梁设置伸缩缝处的翼缘厚度统一加厚　至１００　ａｍ。箱梁横断面如图２所示。　１７５　．５Ｑ．　１５０　．５Ｑ．　１５０　．５Ｏ　１７５　１　寺　＼　　．壁　嗵　——蛩　８　＼１５０ｘ３５　ｔ５０ｘ３５／　５０　、３０ｘ３０　３０ｘ３０，　４５０　图２箱梁横断面图（单位：ｃｍ）　Ｆｉｇ．２　Ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎａｌ　ｖｉｅｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｏｘ　ｇｉｒｄｅｒ（Ｕｎｉｔ：ｃｍ）　按照各节段重量不宜相差太大、节段长度不宜　太长、节段数不宜太多的原则．全梁共划分了７６个　梁段。悬臂浇筑节段的长度有３．０　ｍ、３．５　ＩＴＩ和４．０　ｍ３　种，　梁段长１２　ｍ，合龙段的长度均为２．０　ｍ，边跨　现浇段长为７．０　ｍ。最大悬臂浇筑块重１　３００　ｋＮ　２．１．２箱梁预应力结构　２＿２下部结构设计　在水库完成蓄水后．桥墩大部分浸泡在水中　通　过对双肢空心墩与实心墩进行多次比较分析．田湾　河大桥桥墩采用钢筋混凝土双肢变截面矩形实心　墩与主梁固结。实体墩不但施工方便．而且桥墩各　个截面处水压力平衡，给桥墩提供了较大的抗力．　主梁采用两向预应力结构　纵向预应力分为顶　板束、腹板束、底板钢束３种，采用１９‘ｐｓ１５．２ｍｍ、　１５‘ｐｓ１５．２　ｍｍ的高强度低松弛预应力钢绞线．其抗　使桥墩在动水压力作用下的安全系数较大　单肢桥　墩顺桥向尺寸为２．５　ｉｎ，横桥向墩顶尺寸为６．５　１ＴＩ．并　以１：１００的斜率往下放坡；承台采用矩形断面．横桥　向长为１４．６　Ｉｎ，顺桥向宽为１２．０　ｍ，厚为４．０　ｍ；基础　拉强度标准值ｆｐｋ　１　８６０　ＭＰａ．钢束张拉控制应力为　１　３５７．８　ＭＰａ．其张拉控制力分别为３６１．２　ｔ和２８５．１　ｔ。　竖向预应力采用ＪＬ３２的高强精轧螺纹粗钢筋．抗拉　强度标准值（材料屈服点盯Ｏ．２）为９３０　ＭＰａ．张拉控　制应力为８３７　ＭＰａ．张拉控制力为６７．３　ｔ　采用６ｑ￣２５０　ｃｍ钻孔灌注桩　３　桥台采用桩接盖梁型桥台，桩基直径为２．０　ｍ：　ｏ＃桥台采用重力式桥台．承台横桥向尺寸为ｌ１．５　ｎ１．顺　桥向尺寸为７．８ｍ，厚为２．５ｒｌｌ，桩基直径为１．４１ＴＩ　５　黄河水利职业技术学院学报　２０１６年第３期　３静力计算分析　３．１　边界条件　持久状况正常使用极限状态、持久状况和短暂状况　构件的应力等分别进行计算Ｉ３ｊ　本桥上部结构静力分析采用迈达斯（Ｍｉｄａｓ　３－２主梁验算　４　３　３　２　２　１　１　Ｏ　０　Ｃｉｖｉｌ）软件，计算内容包括：成桥状态下恒载、车道荷　∞　：兮　叭∞￡｝　（１）使用阶段正截面抗裂验算。按全预应力构件　载、预应力、混凝土收缩徐变（按３　６５０　ｄ计）、支座强　迫位移（按１．０　ｃｍ计）、均匀温度作用（升、降温分别　按＋２９．２￣Ｃ、一１８．９￣Ｃ计）、竖向梯度温度作用（按Ｔ１４／　设计的桥梁，在使用阶段。正截面应存在拉应力Ｉ４ｊ。该　桥主梁结构验算结果如图３所示。从图３可以看出．　中墩墩顶处最大拉应力为．ｏ．０２　ＭＰａ　由于墩顶处截面　５．５℃取值　）等。按有关规范规定。对各种作用进行　不同的组合，对结构的持久状况承载能力极限状态、　矗　失真，可以不考虑该处拉应力影响。所以．在使用阶　段．主梁正截面积抗裂应力满足规范要求。　一－－－－－－——－－一’芝　Ｒ　ＡＬＷ　ＦＭＡＸ　［。‘Ｍ。。。。Ａ。。Ｘ。。。。。Ｉ。。。Ｄ。。’：。７。—０’［　１丛！　巳垒　Ｉ　单元　９　１３　１７　２１　２５　２９　３３　３７　４１　４５　４９　５３　５７　６１　６５　６９　７３　７７　８１　８５　８９　９３　９７　图３　田湾河大桥主梁正截面抗裂应力图　Ｆｉｇ．３　Ｃｒａｃｋ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｏｆ　Ｔｉａｎｗａｎ　ｒｉｖｅｒ　ｂｒｉｄｇｅ　ｇｉｒｄｅｒ　ｎｏｒｍａｌ　ｓｅｃｔｉｏｎ　（２）施工阶段法向压应力验算。规范要求，在施　工阶段．主梁法向压应力限值为１９．８８　ＭＰａ。该桥主　由图４可以看出．该桥主梁在施工阶段的法向压应　力最大为１４．５９　ＭＰａ。故满足要求。　（３）承载能力极限强度验算。箱梁截面承载能力　梁在施工阶段的法向压应力计算结果如图４所示。　芝　１９．９　１７．２　一一１４．５　１１．８　９．２　６．５　３．８　１．１　—一一最大ＡＬＷ　最大ＦＭＡｘ　最小ＡＬＷ　最小ＦＭＡＸ　ＩＭＡＸ　ＩＤ：６８ｌ　ｌＭＩＮ　ＩＤ：５２　ｌ　１．５　ｌ７　２１　２５　２９　３３　３７　４ｌ　４５　４９　５３　５７　６１　６５　６９　７３　７７　８１　８５　８９　９３　９７　单元　图４田湾河大桥主梁施工阶段法向压应力图　ｒｉｇ．４　Ｎｏｍａｌ　ｓｔｒｅｓｓ　ｏｆ　Ｔｉａｎｗａｎ　ｒｉｖｅｒ　ｂｒｉｄｇｅ　ｇｉｒｄｅｒ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｈａｓｅ　极限组合抗力与抗力对应内力计算结果如图５所　示　由图５可以看出，该桥抗弯承载能力极限强度均　满足规范要求。　上部箱梁结构的持久状况承载能力极限状态的　最不利位置在跨中处．结构内力为１４１　７７９．１　ｋＮ·Ｉｎ，　结构抗力为１４３　９７３．１　ｋＮ．１１３．。上部箱梁结构的持久状　跨中附近．最大压应力为１６．９　ＭＰａ，容许压应力为　１７．８　ＭＰａ．留有足够的压应力储备，施工阶段法　向压应力限值为１９．８８　ＭＰａ．施工阶段法向压应力　为１４．５９　ＭＰａ　因此，上部结构箱梁的计算均满足规　范要求。通过优化钢束配置，使跨中下缘的压应力储　备较大，可以有效预防跨中下挠问题。　３．３桥墩验算　况正常使用极限状态下．最小正应力为０。１３２　ＭＰａ　（墩顶截面处应力失真）。跨中正应力储备为１．６　ＭＰａ，　可有效预防连续刚构桥梁的跨中下挠　。上部箱梁　结构持久状况和短暂状况构件的应力最不利位置在　６　在静力工况下．并考虑桥梁受横桥向和顺桥向　风力作用．计算桥墩轴力．其结果如表１所示。在荷　载作用下，桥墩裂缝计算结果如表２所示。　黄毅。等：水库深水高墩大跨连续刚构桥设计　毫　Ｚ　５　１　８　４　０　４　８　１　５　一ｌ　－■　一■　一■　ｌ　　一一一０　５　Ｏ　５　４　Ｏ　７　３　９　７　４　２　１　１　Ｏ　Ｏ　２　９　６　３　５　Ｏ　３　２Ｏ　Ｏ　３　６　　４　７　９　１　ｌ　５　Ｏ　Ｏ　４　７　９　２　＿朴　最大Ｍｎｙ　最大ｒＭｎｙ　最，Ｊ、Ｍｎｙ　最小ｒＭｎｙ　ｌＭＡＸ　ＩＤ：５０Ｉ　ＩＭＩＮ　ＩＤ：３０　Ｉ　单元　２　６　１０　１４　１８　２２　２６　３０　３４　３８　４２　４６　５０　５４　５８　６２　６６　７０　７４　７８　８２　８６　９０　９４　９８　图５箱梁截面承载能力极限组合抗力及抗力对应内力图　Ｆｉｇ．５　Ｂｏｘ　ｇｉｒｄｅｒ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｃａｒｒｙｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ａｎｄ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｆｏｒｃｅ　表１桥墩轴力表　Ｔａｂ．１　Ａｘｉａｌ　ｆｏｒｃｅ　ｏｆ　ｐｉｅｒ　表２桥墩裂缝表　Ｔａｂ．２　Ｃｒａｃｋ　ｏｆ　ｐｉｅｒ　由表１可以看出．１　桥墩墩顶内力为５７７８７．４ｋＮ．　截面抗力为２５２　２７６．２　ｋＮ．墩底内力为１　１２　８０４．１　ｋＮ．　截面抗力为３５０　３７３．０　ｋＮ：２＃桥墩的墩顶内力为　挠。在下部结构设计时，高桥墩采用了实体墩的形　式，不仅便于施工，还使得桥墩在深水中同一截面处　的水压力均衡，并提供较大的抗力，使桥墩在动水压　力作用下有足够的安全系数。　参考文献：　［１］张继尧，王昌将．悬臂浇筑预应力混凝土连续粱桥［Ｍ］．　北京：人民交通出版社，２００３：１０１．　４３　１４５．２　ｋＮ，截面抗力为３２０　７９１．８　ｋＮ．墩底内力为　１０２　８６６．１　ｋＮ．截面抗力为３１６　９２６．６　ｋＮ。所以。桥墩　处于小偏心受压构件　由表２可知．桥墩墩顶截面的最小裂缝为０．０９６　ｍｉｌｌ。墩底截面的最小裂缝值为Ｏ．１８５　ｍｍ。因此．实　体墩的抗力远远大于截面内力．可有效抵抗水库中　［２］ＪＴＧ　Ｄ６０—２００４，公路桥涵设计通用规范［ｓ］．　的动水压力，并且桥墩的裂缝值富裕度较大，保证了　桥墩在深水水库中的安全　［３］鲍卫刚，周泳涛．预应力混凝土梁式桥梁设计施．Ｙ－技术指　南［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００９：１３２—１５０．　［４］ＪＴＧ　Ｄ６２—２００４，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵　４　结语　田湾河大桥在上部结构设计时．跨中正应力储　备为１．６　ＭＰａ，可有效预防连续刚构桥梁的跨中下　设计规范［Ｓ］．　［责任编辑杨明庆】　７