郭繼業(yè)，杜建成，高康平

（珠海市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，廣東　珠海519000）

0　引言

珠海市鶴洲至高欄港高速公路鶴洲水道橋跨越鶴洲水道，主橋?yàn)椋?5+90+160+90）m剛構(gòu)-連續(xù)梁（見(jiàn)圖1和圖2）。

該橋的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）設(shè)計(jì)速度：120 km/h，采用雙向四車(chē)道高速公路標(biāo)準(zhǔn)；

（2）設(shè)計(jì)荷載：公路－I級(jí)；

（3）橋梁寬度：分上下行兩幅并列獨(dú)立橋梁，單幅橋梁寬度12.75 m，內(nèi)外側(cè)設(shè)置0.5 m寬墻式防撞護(hù)欄；

（4）洪水頻率：1/300；

（5）地震動(dòng)峰值加速度：0.1 g；

（6）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100 a；

（7）橋梁設(shè)計(jì)安全等級(jí)：一級(jí)；

（8）環(huán)境類(lèi)別：Ⅱ類(lèi)（濱海環(huán)境）；

（9）航道等級(jí)：內(nèi)河Ⅳ級(jí)航道，單孔雙向通航，通航孔凈高8 m，有效凈寬142 m（垂直投影后的凈寬為116 m），設(shè)計(jì)最高通航水位2.94 m（85高程系統(tǒng)）。

圖2　鶴洲水道主橋橫斷面圖（單位：cm）

1　設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1　箱梁節(jié)段劃分及尺寸

箱梁采用單箱單室直腹板斷面，頂板2%的橫坡由腹板不等高形成，底板保持水平（見(jiàn)圖3）。

節(jié)段劃分：[5.75+15×3.55+2×5.75+3.25]（邊跨現(xiàn)澆段）+2（邊跨合攏段）+[9×4.5+6×3.5+4×3]（19個(gè)懸澆段）+11（0#梁段）+[4×3+6×3.5+9×4.5]（19個(gè)懸澆段）+2（中跨合攏段）+[9×4.5+6×3.5+4×3]（19個(gè)懸澆段）+11（0#梁段）[4×3+6×3.5+9×4.5]（19個(gè)懸澆段）+2（邊跨合攏段）+[3+5.75]（邊跨現(xiàn)澆段）=404.5（m）。其中，0#梁段在托架上現(xiàn)澆，1～19#梁段采用掛籃懸臂現(xiàn)澆施工，20#梁段為合攏段，在合攏吊架上澆筑，21～38#梁段為邊跨現(xiàn)澆段，在支架上澆筑。

圖3　箱梁斷面圖（單位：cm）

梁高：根部梁高H根=9.5 m，跨中及邊跨等高段梁高 H中=3.8 m，H根/L=1/16.84，H中/L=1/42.11。梁高變化采用2次拋物線，方程為3.8，0≤x≤76，H 為箱梁中心處高度，x為計(jì)算截面到最大懸臂端部的水平距離，方程中尺寸以m為單位。

腹板厚度：0#梁段厚1 m，1～10#梁段厚0.9 m，11#梁段為過(guò)渡段；12～16#梁段厚0.7 m，17#梁段為過(guò)渡段，18～21#梁段厚 0.5 m，邊跨現(xiàn)澆段23～25#、35～37#梁段厚0.7 m，28～32#梁段厚0.5 m，26～27#、33～34#梁段為過(guò)渡段。

底板厚度：由根部1.2 m漸變到跨中0.32 m，采用2次拋物線，方程為76，F(xiàn)為底板厚度，x為計(jì)算截面到最大懸臂端部的水平距離，方程中尺寸以m為單位。

頂板厚度：0#梁段厚0.5 m，其余梁段厚0.3 m。

1.2　箱梁預(yù)應(yīng)力體系

縱向預(yù)應(yīng)力：頂板鋼束采用23ΦS15.2，頂板備用鋼束和合攏鋼束采用17ΦS15.2，腹板鋼束、中跨底板鋼束和小樁號(hào)側(cè)邊跨底板鋼束采用22ΦS15.2，大樁號(hào)側(cè)邊跨底板鋼束采用15ΦS15.2，采用塑料波紋管成孔、真空輔助壓漿和智能張拉?？v向預(yù)應(yīng)力鋼束布置見(jiàn)圖4所示。

圖4　縱向預(yù)應(yīng)力鋼束立面、平面、斷面圖

橫向預(yù)應(yīng)力：頂板橫向預(yù)應(yīng)力鋼束為直束，距離頂板頂面9 cm，規(guī)格為3ΦS15.2，采用內(nèi)徑60 mm×22 mm扁塑料波紋管成孔，單端張拉，張拉端均設(shè)置在橋梁外側(cè)。

豎向預(yù)應(yīng)力：腹板豎向預(yù)應(yīng)力鋼束為直束，規(guī)格為3ΦS15.2，采用內(nèi)徑Φ50 mm塑料波紋管成孔，二次張拉工藝，單端張拉，張拉端均設(shè)置在頂板。

1.3　箱梁底板防崩構(gòu)造措施

為避免鋼束徑向下崩力撕裂底板，在中跨跨中設(shè)置50 cm×60 cm橫肋，并采用箍筋箍住橫向鋼筋，箍筋按梅花形交錯(cuò)布置，保證每根橫向鋼筋都被箍到，同時(shí)箍筋末端彎鉤放在底板上部（見(jiàn)圖5、圖 6）。

圖5　中跨跨中底板防崩橫肋布置圖（單位：cm）

圖6　底板防崩箍筋布置圖

1.4　橋墩設(shè)計(jì)

主墩采用空心墩，順橋向?qū)? m，壁厚1.5 m，橫橋向?qū)?.75 m，壁厚1 m；承臺(tái)平面為六邊形，順橋向×橫橋向?yàn)?3.626 m×15.734 m，厚4.5 m，下設(shè)C25素混凝土封底。由于跨度大，墩高相對(duì)較矮，為增加主墩柔性，同時(shí)增加有效通航凈寬，確保船舶航行安全，將主墩承臺(tái)埋在河床下面?；A(chǔ)采用7根D2.5 m鉆孔灌注樁，按嵌巖樁設(shè)計(jì)。

邊主墩采用花瓶墩，墩身順橋向厚2.2 m，橫橋向?qū)挾扔傻撞?.85 m漸變到頂部7.85 m；承臺(tái)順橋向?qū)? m，橫橋向?qū)?1 m，厚2.2 m；基礎(chǔ)采用6根D1.6 m鉆孔灌注樁，按嵌巖樁設(shè)計(jì)。

過(guò)渡墩采用蓋梁接方柱配承臺(tái)和樁基礎(chǔ)，蓋梁截面為L(zhǎng)型，蓋梁寬3.1 m，高1.6 m，加高塊寬1 m，高2.086～2.315 m，加高塊在柱頂和跨中設(shè)置2 cm寬斷縫，避免其參與蓋梁受力產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形；墩柱截面為2 m×2 m；承臺(tái)順橋向?qū)? m，橫橋向?qū)?1 m，厚2.2 m；基礎(chǔ)采用6根D1.6 m鉆孔灌注樁，按嵌巖樁設(shè)計(jì)。

2　靜力分析

2.1　計(jì)算參數(shù)

箱梁按全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計(jì)，根據(jù)平面桿系理論，采用橋梁博士進(jìn)行靜力分析，計(jì)算參數(shù)如下：

（1）箱梁 C55、墩柱 C40 混凝土重度：26 kN/m3；

（2）汽車(chē)荷載：公路-I級(jí)，按3車(chē)道加載，橫向車(chē)道布載系數(shù)0.78，縱向折減系數(shù)0.97，偏載系數(shù)取1.2，汽車(chē)橫向分布調(diào)整系數(shù)為3×0.78×0.97×1.2=2.724；

（3）汽車(chē)沖擊力：計(jì)算正彎矩和剪力沖擊系數(shù)取0.05，計(jì)算負(fù)彎矩沖擊系數(shù)取0.05；

（4）制動(dòng)力：2.34×（405×10.5+360）×0.1/405=2.665（kN/m）；

（5）人群荷載：不加載；

（6）溫度：均勻升降溫±20℃，梯度溫度按規(guī)范[1]第4.3.12條?。?/p>

（7）不均勻沉降：每個(gè)墩可能的不均勻沉降取2 cm，由程序自動(dòng)計(jì)算最不利組合；

（8）收縮和徐變：按規(guī)范[2]附錄F計(jì)算，混凝土加載齡期取7 d，且加載時(shí)混凝土強(qiáng)度和彈性模量須達(dá)到95%以上；

（9）二期恒載：防撞欄 2×10=20（kN/m），瀝青鋪裝 11.75×0.1×24=28.2（kN/m）；

（10）孔道偏差系數(shù)k=0.001 5，孔道摩擦系數(shù)μ=0.17；

（11）單端錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮值：6 mm；

（12）邊界條件：136#、137#墩柱底施加豎向剛性約束，其余方向施加彈性約束，剛度取按m法計(jì)算出來(lái)的群樁承臺(tái)剛度，即水平剛度為2.301×106kN/m，轉(zhuǎn)動(dòng)剛度為1.462×108kN·m/弧度，彎剪系數(shù)（承臺(tái)發(fā)生單位水平位移時(shí)樁頂?shù)姆磸澗兀?-9.154×106kN·m/m；134#、135#、138# 墩在主梁支座處節(jié)點(diǎn)上施加豎向剛性約束；

（13）掛籃重1 060 kN，合攏吊籃重530 kN；

（14）按照橋梁建造流程，劃分了53個(gè)施工階段和1個(gè)運(yùn)營(yíng)階段。

2.2　整體受力計(jì)算

2.2.1施工階段箱梁應(yīng)力驗(yàn)算

施工階段混凝土壓應(yīng)力容許值為0.7×0.95×35.5=23.6（MPa），拉應(yīng)力容許值為-0.7×0.95×2.74=-1.82（MPa）。從圖7、圖8可知施工階段應(yīng)力滿(mǎn)足要求。

2.2.2正常使用極限狀態(tài)箱梁應(yīng)力驗(yàn)算

全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)值組合壓應(yīng)力容許值為 0.5×35.5=17.75（MPa），主壓應(yīng)力容許值為 0.6×35.5=21.3（MPa）；短期效應(yīng)組合不得出現(xiàn)拉應(yīng)力，主拉應(yīng)力容許值為 -0.4×2.74=-1.096（MPa）。從圖9～圖12可知使用階段應(yīng)力滿(mǎn)足要求。

圖7　施工階段最大正應(yīng)力曲線圖（單位：MPa）

圖8　施工階段最小正應(yīng)力曲線圖（單位：MPa）

圖9　標(biāo)準(zhǔn)組合最大正應(yīng)力曲線圖（單位：MPa）

圖10　標(biāo)準(zhǔn)組合最大主壓應(yīng)力曲線圖（單位：MPa）

圖11　短期效應(yīng)組合最小正應(yīng)力曲線圖（單位：MPa）

圖12　短期效應(yīng)組合最大主拉應(yīng)力曲線圖（單位：MPa）

2.2.3承載能力極限狀態(tài)箱梁正截面抗彎驗(yàn)算

從圖13、圖14可知，構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值均大于彎矩組合設(shè)計(jì)值，正截面抗彎承載力滿(mǎn)足要求。

圖13　最大抗力及對(duì)應(yīng)彎矩曲線圖

圖14　最小抗力及對(duì)應(yīng)彎矩曲線圖

2.2.4承載能力極限狀態(tài)箱梁斜截面抗剪驗(yàn)算

從圖15、圖16可知，構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值均大于剪力組合設(shè)計(jì)值，斜截面抗剪承載力滿(mǎn)足要求。

圖15　最大抗力及對(duì)應(yīng)剪力曲線圖

圖16　最小抗力及對(duì)應(yīng)剪力曲線圖

2.3　中跨合攏前頂推力計(jì)算

剛構(gòu)-連續(xù)梁橋?qū)儆诔o定結(jié)構(gòu)，邊跨合攏后主墩兩側(cè)主梁自重不平衡、合攏后張拉頂?shù)装孱A(yù)應(yīng)力鋼束、施加二期恒載、實(shí)際合攏溫度高于設(shè)計(jì)合攏溫度后期降溫、運(yùn)營(yíng)期間混凝土收縮徐變等因素均會(huì)不同程度地引起主墩向中跨方向傾斜，惡化橋墩后期的受力狀態(tài)。為消除或減弱上述因素引起的橋墩不利受力狀態(tài)，可在中跨合攏前，在懸臂端施加一個(gè)向邊跨方向的頂推力，強(qiáng)迫橋墩向邊跨方向產(chǎn)生一定的位移，從而調(diào)整橋墩內(nèi)力，改善橋墩后期受力狀態(tài)。頂推位移L=L1+L2+kL3，L1為成橋階段主墩頂向中跨方向的水平位移；L2為實(shí)際合攏溫度高于或低于設(shè)計(jì)合攏溫，后期降溫或升溫引起的主墩頂水平位移，若實(shí)際合攏溫度高于設(shè)計(jì)合攏溫度，則L2取正值，反之取負(fù)值；L3為混凝土收縮徐變引起的主墩頂向中跨方向的水平位移；k為折減系數(shù)，0＜k≤1。頂推力引起的墩頂強(qiáng)迫位移理論上應(yīng)抵消橋墩在不頂推的前提下全橋合攏運(yùn)營(yíng)10 a后墩頂所產(chǎn)生的水平位移，即k=1。關(guān)于k值的選取，現(xiàn)階段做法不一，文獻(xiàn)[3]中提到：若預(yù)先頂推100%的收縮徐變效應(yīng)值，運(yùn)營(yíng)初期由于頂推作用而引起過(guò)大的反向位移，并且在這期間還有活荷載的作用，這對(duì)運(yùn)營(yíng)階段的橋墩產(chǎn)生很大的不利彎矩，更有可能引起開(kāi)裂，故根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)一般只需預(yù)頂實(shí)際收縮徐變量的60%，即k=0.6。文獻(xiàn)[4]中k值取0.5。在計(jì)算橋墩后期彎矩及應(yīng)力后，該橋k值取0.55。因?yàn)樵摌驗(yàn)椴粚?duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，故兩個(gè)主墩計(jì)算出來(lái)的頂推位移值是不同的。假定實(shí)際合攏溫度為設(shè)計(jì)合攏溫度，即L2=0，則136#墩L=11.8+0+0.55×16.2=20.7（mm），137# 墩 L=13.4+0+0.55×15.2=21.8（mm），最終頂推位移取136#墩和137#墩的平均值，即（20.7+21.8）/2=21.3（mm）。

在中跨合攏前，在主梁懸臂端部施加某一水平推力，當(dāng)此推力使主墩頂產(chǎn)生向邊跨方向21.3 mm的強(qiáng)迫水平位移時(shí)，此推力則為計(jì)算頂推力。經(jīng)過(guò)試算，確定水平頂推力為2 200 kN。頂推采用力和位移雙控，并以頂推力為準(zhǔn)。

在不頂推及頂推情況下橋梁運(yùn)營(yíng)10 a后恒載作用下主墩頂、底彎矩見(jiàn)表1所列。由表1可知，在頂推力作用下，橋墩后期受力狀態(tài)明顯改善。

表1　不頂推及頂推情況下橋梁運(yùn)營(yíng)10 a后恒載作用下主墩頂、底彎矩一覽表　kN·m

2.4　橫向框架計(jì)算

取1 m長(zhǎng)梁段，采用橋梁博士的橫向加載功能進(jìn)行橫向框架分析，單元?jiǎng)澐忠?jiàn)圖17所示（圖中帶圓圈的數(shù)值為單元編號(hào)，不帶圓圈的數(shù)值為節(jié)點(diǎn)編號(hào)）。

圖17　橫向框架分析單元?jiǎng)澐謭D

計(jì)算參數(shù)如下：

（1）汽車(chē)橫向分布調(diào)整系數(shù)：采用折線橫向分布調(diào)整系數(shù)，其大小m=G/a，其中a為根據(jù)規(guī)范[2]第4.1.3條算出來(lái)的車(chē)輪在順橋向的荷載分布寬度，G為根據(jù)規(guī)范[1]第4.3.1條車(chē)輛荷載立面布置圖算出來(lái)的在荷載分布寬度a內(nèi)的軸重之和。

（2）底板縱向預(yù)應(yīng)力鋼束徑向下崩力按恒載施加在底板上，其大小q=T/R，其中T為計(jì)算截面處鋼束拉力，R為計(jì)算截面處鋼束的曲率半徑。

3　抗震分析

3.1　抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)

按《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T B02-01－2008）劃分，該橋?qū)儆贏類(lèi)橋梁，采用50 a超越概率10%（E1地震作用）和50 a超越概率2.5%（E2地震作用）兩種地震動(dòng)水平進(jìn)行抗震設(shè)防?？拐鹪O(shè)防目標(biāo)見(jiàn)表2所列，場(chǎng)地地震動(dòng)參數(shù)見(jiàn)表3所列。

表2中，M為按恒載和地震作用最不利組合下的彎矩；My為最不利軸力時(shí)截面最外層鋼筋首次屈服時(shí)對(duì)應(yīng)的彎矩；Meq為最不利軸力時(shí)的等效抗彎強(qiáng)度。

表2　抗震設(shè)防目標(biāo)一覽表

表3　場(chǎng)地地震動(dòng)參數(shù)一覽表

3.2　結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性

采用Midas Civil建立空間有限元模型進(jìn)行抗震計(jì)算，主梁、橋墩和承臺(tái)均采用空間梁?jiǎn)卧M，承臺(tái)底用六個(gè)彈簧剛度模擬群樁基礎(chǔ)剛度。成橋狀態(tài)前六階振型主要特點(diǎn)見(jiàn)表4所列。

表4　成橋狀態(tài)動(dòng)力特性一覽表

3.3　抗震驗(yàn)算

該橋采用時(shí)程法計(jì)算結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，地震波采用地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告中的人工波。報(bào)告中提供了以設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值加速度和設(shè)計(jì)反應(yīng)譜參數(shù)為目標(biāo)譜，合成的超越概率水平為50 a10%和50 a2.5%的地震動(dòng)人工波各三條，豎向輸入值取水平向輸入值的2/3。該橋采用超越概率水平50 a10%的地震動(dòng)人工波作為E1地震作用下的地震動(dòng)輸入，超越概率水平50 a 2.5%的地震動(dòng)人工波作為E2地震作用下的地震動(dòng)輸入。其地震動(dòng)采用如下兩種組合，組合1：恒載+水平縱向地震作用+豎向地震作用；組合2：恒載+水平橫向地震作用+豎向地震作用。地震響應(yīng)計(jì)算結(jié)果取三條地震波的最大值。

抗震檢算時(shí)，主要針對(duì)橋墩和樁基礎(chǔ)進(jìn)行偏心受壓構(gòu)件正截面強(qiáng)度檢算，分析結(jié)果見(jiàn)表5、表6所列。從表中可知，橋墩在E1地震作用下，控制截面安全系數(shù)均大于1，結(jié)構(gòu)保持在彈性范圍；在E2地震作用下，除了138#過(guò)渡墩在橫向進(jìn)入了延性，其他橋墩控制截面安全系數(shù)均大于1，說(shuō)明結(jié)構(gòu)只發(fā)生可修復(fù)性損傷，滿(mǎn)足抗震性能要求。

表5　橋墩控制部位抗震驗(yàn)算（組合1）一覽表

表6　橋墩控制部位抗震驗(yàn)算（組合2）一覽表

對(duì)于未進(jìn)入延性的橋墩直接采用E2地震作用下的內(nèi)力值計(jì)算樁頂反力，對(duì)于進(jìn)入延性的橋墩，其下樁基礎(chǔ)按能力保護(hù)構(gòu)件進(jìn)行檢算，樁基礎(chǔ)的驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表7所列。從表7中可知，在E2地震作用下，主墩和邊墩樁基礎(chǔ)均滿(mǎn)足抗震性能要求。

表7　最不利單樁截面抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算（E2地震作用下）一覽表

4　結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)鶴洲水道主橋（65+90+160+90）m剛構(gòu)-連續(xù)梁設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹和總結(jié)，可供同類(lèi)型橋梁參考。

拉薩公路通車(chē)?yán)锍探衲甑讓⑦_(dá)4 200 km

2018年，拉薩市交通運(yùn)輸工作的主要目標(biāo)是爭(zhēng)取落實(shí)中央投資資金28.57億元。力爭(zhēng)拉薩轄區(qū)內(nèi)交通項(xiàng)目為固定資產(chǎn)貢獻(xiàn)120億元,爭(zhēng)取2018年末拉薩市公路通車(chē)?yán)锍踢_(dá)到4 200 km；新改建危橋15座，641延米，實(shí)施隱患路段生命安全防護(hù)工程50 km；新改建農(nóng)村公路300 km，爭(zhēng)取到2018年底實(shí)現(xiàn)自然村100%通達(dá)、50%通暢的目標(biāo)；拉薩市具備條件的鄉(xiāng)鎮(zhèn)通客車(chē)率達(dá)到100%，建制村通客車(chē)率達(dá)到69.8%。全力推進(jìn)改革激發(fā)交通行業(yè)發(fā)展活力，完善城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加快推進(jìn)拉薩至林周新改建項(xiàng)目、拉薩市東環(huán)北線、城市軌道交通、東嘎客運(yùn)站等項(xiàng)目前期和建設(shè)工作，推動(dòng)市委、市政府規(guī)劃的重點(diǎn)交通項(xiàng)目早日開(kāi)工。

同時(shí)，將按照拉薩市政府“一區(qū)一年兩站”的要求，指導(dǎo)城關(guān)區(qū)、堆龍德慶區(qū)、達(dá)孜區(qū)、柳梧開(kāi)發(fā)區(qū)、經(jīng)開(kāi)區(qū)等完成洲際大酒店公交首末站、經(jīng)開(kāi)區(qū)B區(qū)公交首末站、工程五隊(duì)公交首末站、教育城公交樞紐站、慈覺(jué)林公交首末站、納金場(chǎng)站擴(kuò)建等6個(gè)公交場(chǎng)站建設(shè)，啟動(dòng)?xùn)|嘎客運(yùn)樞紐、柳梧公交停保場(chǎng)、羊達(dá)鄉(xiāng)通嘎村公交首末站、達(dá)孜公交首末站建設(shè)工作,新增及優(yōu)化調(diào)整公交線路8條，發(fā)展景區(qū)直通車(chē)，規(guī)范公交運(yùn)營(yíng)服務(wù)。做好新能源車(chē)輛應(yīng)用推廣工作,更新老舊公交車(chē)104輛，全部更新為新能源公交車(chē)，新能源公交車(chē)占比達(dá)到80%。