百米级连续刚构桥的计算比较

刘 涛

（广东省公路勘察规划设计院股份有限公司,广东广州 510507）

1 工程背景

济南至广州国家高速公路平远（赣粤界）至兴宁段第C2设计合同段与漳龙 (福建漳州至广东龙川)铁路和国道G205相交，在交点处设置漳龙铁路跨线桥。

主桥为53 m+2×95 m+70 m连续刚构，左右幅分离，单幅桥宽12.75 m，主梁断面为单箱单室，翼缘宽度3.1 m，箱宽6.55 m，墩顶处梁高5.9 m，跨中梁高3 m，顶板厚度28 cm，底板厚度28～80 cm，腹板厚度为40、60、70 cm三种情况；墩顶设置5 m长的等梁高段，主跨跨中设置2 m长的等梁高合拢段，梁高和底板厚度均按二次曲线变化。墩顶处横隔板厚度为2.2 m，梁端横隔板厚度为1.5 m。对称部分采用悬臂浇铸法施工，悬浇段的分段长度为8×3 m+5×4 m；53 m小边跨的尾段长度为4.36 m，70 m大边跨的尾段长度为21.36 m，采用落地支架现浇施工。

桥墩高度在24～33 m，由于左右幅错孔布置，主墩采用单薄壁实心墩，墩厚2.2 m，墩宽6.55 m，主墩基础为4根D220 cm的钻孔灌注桩。

主梁采用C55混凝土，设置三向预应力，纵向受力构件按全预应力设计。桥墩采用C40混凝土，桩基和承台采用C30混凝土，为钢筋混凝土构件，裂缝宽度按0.2 mm控制。

本桥桥位处的平面线形为缓和曲线和直线，缓和曲线的参数A×A=200×1500，主桥约有一半长度位于缓和曲线上。

2 计算方案

该桥平面线形较复杂，大边跨与主跨的比例不在常用范围内，主跨跨数为两跨，故在设计计算过程中采取以主跨跨数、边中跨比例、平面线形为变量，采取由简到繁的方法对三个变量对边支座反力、主梁内力、主墩内力进行了计算比较。计算方案见表1。

表1 计算方案

限于篇幅，在随后的计算结果表中仅列出平面线形为直线和圆曲线半径R=1000 m的情况。

3 计算模型、计算软件、计算荷载

计算模型：采用空间梁单元。为了增加可比性，桥墩高度均按26.7 m计。

计算软件：采用Midas Civil2010。

计算荷载：按《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)取值。

永久作用：自重，26 kN/m3；护栏，20 kN/m；桥面铺装，28.4 kN/m。预应力按照施工图施加，收缩、徐变按规范取值并根据截面情况对有效厚度进行修正。基础沉降取1 cm。

可变作用：汽车荷载，靠近曲线外侧布置三个车道，不均匀系数按1.15考虑。汽车冲击力，结构竖向第一振型的频率按2hz计。汽车制动力按2.871 kN/m的均布荷载作用在主梁单元上。不考虑汽车离心力。主梁风力，纵桥向按2.5 kN/m的均布荷载作用在主梁单元上，横桥向按10 kN/m的均布荷载作用在主梁单元上。桥墩风力，按三角形荷载考虑，纵桥向墩顶荷载集度为22.088 kN/m，横桥向墩顶荷载集度为4.046 kN/m。整体升温25℃，整体降温25℃。梯度升温和梯度降温均按100 mm沥青混凝土铺装层的情况考虑。纵向风力与汽车制动力作用方向一致。横桥向风力作用方向为曲线外侧，即从圆心向外施加荷载。不考虑其他可变作用。

不考虑偶然作用。

施工期间的作用：挂篮按600 kN计。混凝土湿重按设计重的1.3倍计。合拢压重按合拢段重量的一半计。

4 计算结果

4.1 边支座反力的计算结果

各参数对收缩、徐变的影响是一致的，在此将其合并；升温与降温，梯度升温与梯度降温有明确的倍数关系，仅在次列出升温与梯度升温的计算结果；同时仅列出沉降引起的最大反力值。计算结果见表2、表3。

表2 边支座反力计算结果

表3 边支座反力计算结果

由计算结果可知，控制边支座支反力的主要作用是恒载、预应力二次作用、汽车荷载和风力，其他各项影响很小。需要重点指出的是风力的影响相当大，若不考虑风力影响支座可能脱空，实际受力情况将与计算模型不一致。

影响边支座支反力的主要因素是边中跨比；平面线形主要影响预应力二次、收缩徐变、升降温、温度梯度引起的支反力在曲线内外侧支座中的分配，不影响其总值。主跨跨数对值反力的组合值有较大影响。

4.2 主梁内力的计算结果

计算结果见表4～表6。

由表4计算结果可知，剪力的影响因素主要是跨径，其他各项影响很小。结合支反力的计算结果可知不同腹板的剪力不均匀系数较大，在0.75～1.25之间，建议按1.25的不均匀系数对腹板进行配筋设计。

表4 主梁剪力计算结果表

表5 主梁弯矩计算结果表

表6 主梁扭矩计算结果表

表7 主墩弯矩计算结果表

边跨跨中内力是指边跨正弯矩最大处的弯矩及该点的最大负弯矩。

由表5计算结果可知，边中跨比主要对边跨弯矩有影响，对边墩墩顶弯矩略有影响，对中跨跨中弯矩几乎无影响。主跨跨数主要影响边墩墩顶弯矩和边跨最大弯矩，对其他各处弯矩几乎无影响。平面线形对各点弯矩几乎无影响。

由表6计算结果可知，主跨跨数主要影响主跨内的扭矩；边中跨比主要影响边跨内的扭矩。平面线形的影响较复杂，对各点扭矩的影响趋势不一致。

4.3 主墩内力的计算结果

主墩内力计算结果见表7，中墩不控制设计，不在此罗列其内力。

由表7计算结果可知，影响边墩内力的主要因素是主跨跨数，即温度作用的实际长度。

5 结论

综上所述得出如下结论：

（1）百米级桥梁的计算要考虑风载作用，特别是横向风载。

（2）连续刚构桥边中跨的比值宜在0.6左右，不宜小于0.55，且在主跨为多跨时宜适当增大，否则边支座反力难以控制。

（3）主跨跨数、边中跨比、平面线形对反力、内力均有不同程度的影响。

（4）在做强度设计时，各腹板的剪力差应充分考虑。

（5）主跨跨数对桥墩内力影响巨大。

[1]邵旭东.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,2004.

[2]广东省公路勘察规划设计院股份有限公司.济南至广州国家高速公路平远至兴宁段第C2设计合同段两阶段施工图设计[Z].2012.