王希超

(遼寧省交通規(guī)劃設計院有限責任公司 沈陽市 110166)

青山樞紐立交B匝道橋設計淺析

王希超

(遼寧省交通規(guī)劃設計院有限責任公司 沈陽市 110166)

主要介紹了青山樞紐立交B匝道橋上、下部設計方案，以及采用MIDAS程序計算預應力箱梁的過程、獨柱墩雙向受力計算及抗傾覆穩(wěn)定性計算，可為此類預應力箱梁設計提供一些借鑒。

箱梁；抗傾覆；雙向受力薄壁墩；MIDAS

青山樞紐互通立交位于貴遵復線起點與杭瑞高速交叉處，貴遵復線改擴建工程對青山樞紐立交進行了改造，在貴遵復線改擴建施工過程中根據(jù)貴州省路網(wǎng)規(guī)劃，蘭海高速崇溪河至遵義段擴容工程終點段利用遵義外環(huán)高速與貴遵復線青山立交直接對接，在現(xiàn)狀 Y 型樞紐立交基礎上，增設與貴陽方向連接的 4 條匝道，其中青山樞紐立交B匝道橋為跨越貴遵復線及村道而設，橋梁設計角度為90°，橋梁中心樁號為BK0+212，橋孔布置為2×30m+(30+37+30)m+2×30m。全橋平面分別位于R=200m右偏圓曲線及緩和曲線上，設計為預應力混凝土等高連續(xù)箱梁，橋長為220m，墩臺徑向布置。第二聯(lián)中第4、5孔跨越貴遵復線(見圖1)，匝道軸線與貴遵復線設計線交角45°，要求凈高不小于5.0m；第1孔跨越村道改路，交角94°。

本橋采用等截面預應力混凝土連續(xù)箱梁。橋面寬0.5 m(防撞墻) +11.5 m(行車道) +0.5 m(防撞墻)，地震基本烈度Ⅵ度，本橋設計荷載等級為公路-Ⅰ級，1～3、5、6號橋墩采用雙圓柱墩，Φ1.6m墩身，Φ1.8m嵌巖樁基礎；4號墩位于貴遵復線分離式路基主線中分帶上，橋墩設計交角65°。設計為矩形薄壁墩，承臺接Φ1.8m樁基礎。

1 預應力箱梁主梁設計

本橋共分三聯(lián)，均為預應力混凝土箱梁，由于本橋為項目開工兩年后期增加的變更橋梁設計，剩余工期緊張，為保證三聯(lián)箱梁能同時施工，第一、三聯(lián)箱梁設計為單端張拉，第二聯(lián)箱梁設計為頂板張拉，4號墩位于貴遵復線分離式路基中分帶內，橋墩處中分帶寬4.7m，B匝道與貴遵復線實際交角45°，若采用斜橋方案內外側腹板長度差值大，縱梁及橫梁受力均較復雜，設計方案擬充分利用貴遵復線中分帶空間，4號墩設計為近雙支點薄壁墩，斜置25°，上部箱梁按正橋設計，4號墩頂橫梁加寬。

箱梁橫截面為單箱雙室截面，梁高為2.1m，箱梁頂板寬12.5m，底板寬8.5m，兩側翼緣懸臂長度2m，箱梁頂、底板在墩臺頂厚45cm，跨中段厚25cm，頂板變寬段通過1.5m過渡，底板變寬段通過7m過渡，跨中附近梁段范圍內腹板寬度為50cm，第二聯(lián)設計為頂板張拉，為滿足腹板鋼束保護層厚度及頂板開槽尺寸，聯(lián)端腹板設4m長80cm等厚段，接4m漸變段至跨中，箱梁中支點腹板設7m漸變段過渡，斷面結構尺寸詳見圖2。

預應力箱梁按A類預應力構件設計，箱梁混凝土標號為C50，腹板豎向設3排預應力鋼束，共計18束Φs15.2-12鋼束，腹板束均為雙端張拉，張拉錨固于頂板，頂板張拉槽間距1.8m，底板設齒板束，布置Φs15.2-10短束共16束，底板束為單端張拉，梁端為錨固端，張拉端位于梁體內，中跨底板鋼束橫向交替布置，間距20cm，鋼束布置見圖3、圖4。

4號墩中橫梁支座正距3.172m較小，經(jīng)計算采用鋼筋混凝土結構不滿足結構安全要求，對4號墩施加橫向預應力，考慮橫梁鋼束長度較小，為減小鋼束預應力損失，鋼束張拉方式采用單端張拉，橫梁寬3.5m，豎向布置一排鋼束，共計6束Φs15.2-11，鋼束布置見圖5，利用主梁縱向模型計算得到恒載及活載支反力，對于橫梁兩側一半箱寬加橫梁寬加一半箱寬范圍內的恒載重量按均布荷載加載在箱寬上，其余恒載支反力按三個集中力加載在箱梁腹板中心處，活載可在全箱寬范圍內動態(tài)加載，橫梁計算結果滿足規(guī)范要求。

主梁計算程序采用空間程序MIDAS 2015進行計算分析，單元模型見圖6，縱梁計算時根據(jù)施工階段受力情況，共計劃分4個施工階段，其中第一階段為澆注并張拉縱向預應力鋼束，第二階段為澆注混凝土橋面鋪裝及防撞墻，第三階段為澆筑瀝青混凝土橋面鋪裝，第四階段為成橋十年使用階段。支座不均勻沉降按隔墩5mm考慮，考慮瀝青混凝土鋪裝的影響，豎向日照正溫差計算的溫度基數(shù)T1取14℃，T2取5.5℃，負溫差計算的溫度基數(shù)T1取-7.0℃，T2取-2.75℃。

小半徑預應力曲線橋易出現(xiàn)支座脫空，上部計算過程中結合橋寬偏載布置了3個車道，最外側行車道中心線距防撞墻內緣1.4m，各偏載工況組合中全橋最小支座反力為1170kN，未出現(xiàn)支座脫空，應力也滿足規(guī)范要求，其主要計算結果見表1。

表1 主梁主要計算結果

通過計算結果可得，縱向箱梁頂板張拉箱梁拉應力主要出現(xiàn)在端支點，中支點可通過調整束形解決應力問題，由于采用頂板張拉，梁端無腹板束通過，僅有底板束通過，端支點拉應力較大，設計中可加大底板束起彎角，增加錨固點距梁底距離來改善應力分布，構造設計中宜加大端橫梁附近底板厚度，滿足鋼束保護層厚度；另外，第一排頂板張拉槽口位置距橫梁距離也宜適當，過近對橫梁主筋破壞嚴重，不利橫梁受力，距離過遠對端支點應力不利，此類箱梁端橫梁計算應留有適當安全度，考慮槽口對橫梁的削弱，支座間距宜合理選擇，必要時可增加支座數(shù)量，以改善端橫梁受力。頂板開槽尺寸不宜過大，張拉千斤頂采用輕量化型，可采用分批張拉，鋼束與頂板夾角不宜過小，以減小錨下應力，避免結構出現(xiàn)劈裂破壞。

2 雙向受力薄壁墩計算分析

受貴遵復線中分帶寬度限制，4號墩斜置25°，薄壁墩橫橋向底寬3.5m，順橋向寬1.5m，為加大支點間距，墩頂設橫向加寬至5m，支座間距3.5m，墩立、平面圖詳見圖7、圖8。

下部結構的計算根據(jù)全聯(lián)橋墩剛度進行分配各墩縱、橫向力，4號墩按照雙向受力構件計算，其抗彎貫矩及受力按斜交角進行分解，支座傳遞的豎向力通過上部模型計算結果取用，經(jīng)驗算4號墩為小偏心受壓構件，墩柱計算長度系數(shù)偏安全地按一端自由一端固結取用，墩柱裂縫計算結果見表2。

表2 4號墩裂縫計算結果

3 結構抗傾覆穩(wěn)定性計算分析

第二聯(lián)箱梁位于R=200m的右偏圓曲線及緩和曲線上，2、3、5號墩為雙園柱間距6.5m，4號墩支座正距3.172m，考慮曲線半徑小及4號墩支座間距較小，對上部結構進行了抗傾覆驗算，抗傾覆計算中選取傾覆軸是很關鍵的，依據(jù)傾覆軸外側再無支座支撐及傾覆軸與橋梁曲線外邊緣所圍面積最大兩個原則，確定傾覆軸為3、4號墩外側支座連線，主要計算兩種工況，工況一為公路-I級荷載；考慮實際運行車輛存在超載情況，工況二為重車自定義車輛荷載，按公路橋涵設計通用規(guī)范《JTG D60-2015》55t車輛荷載車列密集布置，取前后車軸距3.2m布置，橫橋向局部最多可布置兩列重車，傾覆示意詳見圖9。

抗傾覆彎矩主要由梁體自重產(chǎn)生，傾覆彎矩主要由傾覆軸外側汽車偏載產(chǎn)生，抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)為二者之商，兩種工況抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)計算結果見表3，本橋抗傾覆計算結果富余量較大，遠大于規(guī)范要求值，設計方案滿足橋梁抗傾覆穩(wěn)定性安全要求。

表3 抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)主要計算結果

4 結論

通過青山立交B匝道橋上部頂板張拉箱梁及下部結構計算分析，供以后相近橋梁設計提供一些借鑒:

(1)頂板張拉箱梁可滿足多聯(lián)預應力箱梁橋同時施工，需合理設置頂板槽口與端橫梁的距離，鋼束束數(shù)不宜過大，腹板束與箱梁頂板起彎角不宜過小。

(2)對與墩柱斜置的箱梁橋宜按雙向受力構件計算下部結構。

[1] 中華人民共和國交通運輸部．JTG D60-2015公路橋涵設計通用規(guī)范[S]．北京：人民交通出版社，2015．[2] 中華人民共和國交通部．JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S]．北京：人民交通出版社，2004．

[3] 中華人民共和國交通運輸部.JTG B01-2014公路工程技術標準[S]．北京：人民交通出版社，2014．

[4] 黃僑，王永平．橋梁混凝土結構設計原理計算示例[M]. 北京：人民交通出版社，2005．

[5] 王希超.新豐公公分離式預應力連續(xù)箱梁設計淺析[J].北方交通，2012(4).

[6] 王希超.4-25m預應力連續(xù)箱梁設計淺析[J].北方交通，2011(4).

[7] 王超.高臺子互通式立交A匝道橋的設計與施工注意事項[J].北方交通，2007(12).

Brief Analysis on Design of Ramp Bridge for Qingshan Hub Interchange B

WANGXi-chao

(Liaoning Provincial Transportation Planning and Design Institute Co.,Ltd.，Shenyang 110166,China)

The design schemes for upper and lower parts of Ramp Bridge for Qingshan Hub Interchange B, and process of calculating the prestressed box beam by adopting MIDAS procedure, bidirectional stress calculation of single-column pier and calculation of stability against overturning are introduced mainly, thus providing some reference for the design of such a kind of prestressed box beam.

Box beam; Against overturning; Bidirectional stress thin-wall pier; MIDAS

1673-6052(2016)11-0001-03

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.11.001

U442.5+3

B