水吞门大桥为50m+8sm+5om的预应力混凝土连续梁桥,桥面总宽37.5m,不设中央分隔带。对该桥的整体结构设计和计算.以及左右幅结构分离、桥面连续的处理方法的介绍,可为同类型桥梁的设计提供参考。
工程概况
水香门大桥位于浙江省三门县海游港,桥位处水面宽约160m,为V级航道。大桥是三门县晏站涂围垦工程的配套项目,连接浙江省74省道与开发新区,桥宽37.5m,桥梁总长199m,接线总长655m。桥梁上部采用50m+85m+SOm变截面预应力混凝土连续箱梁,下部采用实体式墩、桩基础,重力式台、扩大基础。
1、主要技术指
该桥的主要技术指标如下：
a)公路等级
b)设计荷载3.25kN/mZ;二级;汽车公路一I级,人群荷载为
c)设计洪水频率
d)航道等级V级，通航净空为46mx6m。
e）述基退度一3℃一34℃,梯度温度按公路桥涵设计通用规范取用;
f）地震设防烈度VI度,地震动峰值加速度为0.059;
g）桥i醚鳖宽总宽37.5m,横向布置为:2.0m(人行道)+4.5m(非机动车道)+1.0m(分隔带)+22.sm(机动车道)+1.0m(分隔带)+4.5m(非机动车道)+20m(人行道)。
2、总体布置及结构设计
2、1桥型方案
方案设计时考虑了IOOm+100r了l独塔双索面混凝土斜拉桥、50m+8sm+5om双塔双索面混凝土斜拉桥、1一180m下承式钢管混凝土系杆拱桥及5m0+85m+5om变截面预应力混凝土连续梁桥共四种桥型,后经技术、经济及美观方面的比较,最终采用连续梁桥方案。
桥梁总宽.35,左右幅结构分离、桥面连续。桥墩采用直立式圆端形实体墩,四角外形为圆弧,以利水流顺畅,其下为低桩承台,钻孔灌注嵌岩桩基础;桥台采用重力式台,基础为扩大基础。桥梁平面位于直线段内,纵面为双向坡,坡度为1.96%%,凸型竖曲线半径为8000m。桥型布置见图1。
2、2 左、右幅桥面连接处理
该桥桥面总宽3.75m,分左右幅进行结构设计,但桥面需设为一个整体,无中央分隔带,如何处理左右幅间的横向连接是本桥设计中的一大难点。设计时共考虑了整体式、铰结式和分离式三种连接方案(分别如图2一图4所示)。
半幅采用单箱双室截面,单箱顶板宽18.74m,种荷载的叠加,受力复杂,成为结构的薄弱环节,底板宽13.巧m,翼缘板悬臂长.28m(桥中线处悬臂如图5所示。设计时考虑到左右幅箱梁不均匀沉降,长为.279m)。箱梁根部梁高5.0m,高跨比为1/17,对跨中截面进行了验算,当不均匀沉降为smm时,跨中梁高.25m,高跨比为1/34,梁高从距墩中心桥中线处顶板最大拉应力达.66MPa。.35m处至最大悬臂处按二次抛物线变化。
分离式连接是在两幅箱梁内挑臂之间设Zcm断缝,桥面铺装亦分幅浇筑,在断缝顶铺cIm钢板,其上采用TST弹性碎石填筑,形成类似伸缩缝的纵向连接。,因此最终设计采用此方案。
2、3 上部结构
分离式连接形成了结构分离、桥面连续的构造,既保证了结构受力明确,又不影响后期运外,其余部位均不设横梁。两侧距墩中心1.25m一3.50m范围内,箱梁顶板厚度由.070m变化至0.28m,底板厚度由1.50m变化至.070m;距墩中心3.50m处至最大悬臂段,箱梁顶板厚度均为.028m,底板厚度从.070m至0.30m按二次抛物线变化;6#梁段之前梁段的腹板厚度为0.65m,7#梁段之后为.050m,6一7梁段其腹板厚度由o.65m按直线变化至o.50m。上部采用挂篮悬臂现浇法施工,单“T’’除1块外分为9对梁段,纵向长度为3x3.5m+6x.40m。
箱梁采用三向预应力体系。纵向预应力中,顶、底板束采用12本巧.2钢绞线,腹板下弯束采用17中。巧.2钢绞线,设计张拉吨位分别为224.9k5N、318.6k8N。横向预应力采用3币。巧.2钢绞线,以75cm的间距布设,单端交错张拉锚固,单束设计张拉吨位为585.9kN。竖向预应力采用JL32精轧螺纹粗钢筋,设计张拉吨位为673.k2N,在#0~#7梁段每块腹板按双肢配置,其余梁段按单肢配置(单肢配置时交错布置在腹板两侧)。
2、4下部结构
根据本桥特点,桥墩采用实体墩,其下为.3Om厚承台,基础为每墩16小l.sm嵌岩桩。桥台采用重力式台,扩大基础(嵌人基岩)。
3、结构计算
3、1计算模型及荷载组合
上部纵向计算采用公路桥梁结构设计系统GQJS进行。根据施工顺序将施工过程划分为38个受力阶段;对施工过程单“T’’的最大悬臂状态进行了重点验算,并以此控制临时固结所需的预应力粗钢筋及临时支承;合拢顺序为先边跨、后中跨,合拢温度按巧.5℃计算。成桥状态考虑了恒载、活载、支座沉降、温度变化等因素。计算中主要考虑以下三种荷载组合:组合1:恒载十活载+沉降;组合2:恒载+活载+沉降+温升荷载(体系温升十正温差);组合3:恒载+活载+沉降+温降荷载(体系温降+负温差)。
3、2正常使用状态下的应力计算
箱梁设计受荷载组合2、组合3控制,两种组合下主梁正应力如图6、图7所示。计算结果表明,在最不利荷载组合下,梁体最大压应力为15.91MPa,最大拉应力为一.03MPa,在不考虑竖向预应力及箍筋时,最不利荷载组合下梁体的最大主拉应力为一1.26MPa,箱梁应力满足使用要求。
3、3承载能力验算
主梁承载能力计算结果见表1。
表1中为未考虑普通钢筋的计算结果,数据表明墩支点处有较大安全储备;跨中在荷载组合1、组合3作用下满足要求,组合2作用下考虑普通钢筋后可满足要求。
3、4下部结构计算
下部墩身、承台等考虑最不利荷载进行控制;桩基按“m”法计算,依据地质资料确定桩长。
4、结语
水番门大桥已于2006年建成通车,目前运营状态良好。该桥桥面总宽37.5m,结构需分左右幅进行设计,但桥面无中央分隔带,需设为一个整体,处理好左右幅间的横向连接是本桥设计的一大难点。文中还介绍了该桥整体的结构设计和计算,可供同类型桥梁设计参考。
参考文献
[l]JTGD60一2004,公路桥涵设计通用规范[S].
「2]TJGD62一2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范S[」.
[3]范立础.预应力混凝土连续梁桥〔M].北京:人民交通出版社,199.9
[4]范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,2001.
