平武枢纽D匝道1号桥钢混组合梁变更现浇预应力箱梁方案设计.pdf

SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯建 筑 与 土 木 2023 NO.16 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯平武枢纽D匝道1号桥钢混组合梁变更现浇预应力箱梁方案设计汪权(四川省交通勘察设计研究院有限公司 四川成都 610000)摘要：该文分别采用Midas Civil Designer和Ansys软件对桥梁结构进行计算，并以 公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2015）和 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG 3362-2018）为标准。Midas Civil Designer软件采用梁格法离散模型，横向通过横向联系及虚拟边横梁连接，车道荷载加载与横向联系上可按实际模拟。该文主要对平武枢纽D匝道1号桥钢混组合梁变更现浇预应力箱梁方案设计进行简单的阐述。关键词：平武枢纽D匝道 1号桥钢混组合梁 方案设计 承载力验算中图分类号：U445.1文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2023)16-0138-04Scheme Design of the Cast-in-place Prestressed Box Girder for Changing the Steel-concrete Composite Beam of No.1 Bridge on D-ramp of Pingwu JunctionWANG Quan(Sichuan Communications Surveying and Design Institute Co.,Ltd.,Chengdu,Sichuan Province,610000 China)Abstract:This paper uses Midas Civil Designer and Ansys software to calculate the bridge structure,and takes the General Code for the Design of Highway Bridges and Culverts(JTG D60-2015)and the Code for the Design of Highway Reinforced Concrete and Prestressed Concrete Bridges and Culverts(JTG 3362-2018)as standards.Midas Civil Designer software uses the beam grid method to discrete the model,which is connected horizontally through the transverse connection and the virtual side beam,and the lane load loading and transverse connection can be simulated according to the actual situation.This paper mainly briefly elaborates on the scheme design of the cast-in-place prestressed box girder for changing the steel-concrete composite beam of No.1 Bridge on D ramp of Pingwu Junction.Key Words:D-ramp of Pingwu Junction;No.1 bridge steel-concrete composite beam;Conceptual design；Checking calculation of bearing capacity现浇预应力箱梁的实施对九绵高速公路影响较大，施工方必须做好详细的施工组织措施，并与相关单位及时协调沟通，并取得相应书面文件。施工时必须设置警示牌等，做好安全工作，保证交通安全、施工安全、人员安全等，不得违规操作。若施工过程中对九绵高速公路造成了破坏，施工完成后需对造成的破坏做好恢复工作。1 项目概况广元至平武高速公路DK0+277.82平武枢纽D匝道1号桥原设计第三联跨越九绵高速和B匝道，上部结构采用钢混组合梁，跨径组合（236）m，下部结构采用桩柱式墩，重力式U台，11号桥台、910号桥墩径向布置1。平面位于曲线半径（R）为50 m左偏圆曲线及其缓和曲线上，纵断面位于i1=3.98%、i2=-3.98%、R=DOI：10.16661/ki.1672-3791.2301-5042-0446作者简介：汪权（1976），男，本科，高级工程师，研究方向为桥梁设计。138SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯 2023 NO.16 建 筑 与 土 木科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION1 100 m的凸形竖曲线上。DK0+2777.82平武枢纽D匝道1号桥第三联（236）m钢箱梁采用单箱双室全焊钢箱梁，设3道纵腹板2。箱梁标准梁高1.8 m（内轮廓，路线设计线处），钢箱梁顶板全宽98.695 m，底板宽65.695 m，两侧悬臂长1.5 m，行车道内、外侧设0.5 m宽防撞护栏。桥面设单向横坡，桥面横坡由钢箱梁腹板不等高形成3。2 变更设计方案2.1 现场实际情况该项目计划2022年正式通车，九绵高速该段计划2023年正式通车，现在该桥上跨九绵高速段路基施工完毕，路面尚未施工，地势较平坦，支架搭设方便。近期受市场行情影响，钢材价格大幅度上涨，同时原设计平武枢纽14联现浇箱梁正在施工，有充足的设备、材料可以重复利用，与原设计钢混组合梁相比，施工便捷且可降低工程造价。鉴于以上几点，将第三联两跨钢混组合梁优化为现浇预应力箱梁基本合理。施工现场情况如图1所示。桥墩桩基已经按原设计完成施工，桥台已浇筑了部分台身；除10号桥墩桩基需要报废、伸入承台部分需要凿除外其余无报废工程上部结构采用36.2 m+36 m跨径现浇连续箱梁，路线位于R=50 m平面上。箱梁梁高为2.2 m（路线设计线处），顶板宽度为9.0 m，底板宽度为6.0 m，两侧悬臂长度均为1.5 m，端横梁宽度为2.0 m，中横梁宽度为2.5 m，每跨设置2道横隔板。箱梁标准断面腹板宽度为60 cm，顶底板厚度为25 cm。过渡段为4 m，腹板由60 cm变厚至70 cm。顶底板由25 cm变厚至50 cm4。每个腹板内设置弯起束3根，其中内侧腹板钢束型号为16-15.2、中腹板及外侧腹板钢束型号为18-15.2预应力钢绞线。每个腹板顶部各设置4根通长束，规格为9-15.2预应力钢绞线。箱梁纵向主筋采用32HRB400具体布置形式，标准横断面如图2所示5。2.2 腹板预应力径向力承载力验算中腹板及外边腹板采用18-15.2的钢绞线，曲线内侧腹板采用16-15.2钢绞线，中腹板对应的曲线半径（R）为50 m，因此中腹板为钢绞线预应力最不利腹板。径向力计算：q=PR 其中，P=25021395/1000=3490.29 kN，R=50 m，q=3490.29/50=69.80 kN/m。腹板尺寸：h=60 cm，l=220 cm，取10 m长计算。径向力按线荷载加载。计算模型具体见图3。根据弯矩结果配筋，单层14100可满足裂缝宽度宽度为0.012 mm。目前，施工图设计采用箍筋为每个腹板四肢箍20100，满足规范要求。2.3 计算模型2.3.1 主要材料与材料性能（1）混凝土。11桥台仍然采用重力式桥台，由于现场桥台基础已完成施工，台身除预留部分外已完成，仅对台身与台帽背墙进行调整。中墩采用墩梁固结，通过建立桥墩实际模型，模拟桥墩刚度。该模型结果验算按部分预应力（A类）混凝土结构进行验算。在混凝土的材料性能中，性能数据详见表1。（2）预应力钢束。下部结构9号墩采用桩柱式墩，图1 施工现场情况图2 标准横断面139SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯建 筑 与 土 木 2023 NO.16 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯利用已施工完成的桩基础，调整墩柱长度和盖梁尺寸；在预应力钢束性能中，性能数据如表2所示。（3）普通钢筋。10号墩由于桩基已按原设计完成施工（系梁未施工），上部结构由钢混组合梁变更为现浇梁后恒载增加，导致原桩基承载力不满足要求，因此废除原桩基采用群桩基础加承台和墩柱，该墩采用墩梁固结6；在普通钢筋性能中，性能数据如表3所示。2.3.2 计算模型（1）支座沉降。按照每个地基与基础的最大沉降量的最不利的荷载组合进行计算。第支承1组不均匀沉降-0.5 mm；第支承3组不均匀沉降-0.5 mm；第支承2组不均匀沉降-0.5 mm。（2）支反力计算表。支反力计算表格数据见表4。（3）承载力能力极限状态。正截面抗弯验算。按照 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（以下简称新 桥规）5.2.2条验算：结构的重要性系数作用效应的组合设计最大值构件承载力设计值，满足规范要求。斜截面抗剪验算。按照新 桥规5.2.7条验算：结构的重要性系数作用效应的组合设计最大值构件承载力设计值7，满足规范要求。参考Midas计算结果，该桥抗弯承载力不起控制作用。箱梁正截面顶底板抗裂为主要控制因素8。在预应力与恒载作用下，墩顶板处最大压应力为2.37 MPa，最小压应力为0.32 MPa，基本受压均匀。正常使用极限状态频遇组合边孔跨中梁底位置处最小压应力为0.06 MPa，满足要求。承载能力极限状态下边墩处支座径向力最大约为605 kN,支座竖向反力约为3 870 kN。预应力作用下单孔跨中位置处腹板外侧第一主应力约为0.669 MPa（最大拉应力）。预应力+恒载+降温梯度作用下单孔跨中位置处腹板外侧第一主应力约为1.2 MPa（最大拉应力）。中墩截面顶部与边孔跨中位置顶、底正截面抗裂验算满足要求。通过纵向预应力筋横向布置的调整，梁体内外侧在预应力、恒载作用下，基本受压均匀。边墩支座径向力较大，其竖向支反力存在一定差距。MIDAS与ANSYS主要计算结果对比详见表5。结论：根据计算结果，腹板外侧的拉应力满足要求。2.4 变更方案采取的措施（1）由于墩柱桩基已经施工，为降低恒载对交界墩（9号墩）的偏压，采取加宽盖梁、缩短第二联第五跨跨径而加大第三联第一跨跨径，即第二联第五跨跨径变为18.20 m、第三联第一跨跨径变为36.20 m。表1 混凝土数据表强度等级C50C35弹性模量/MPa34 50031 500剪切模量/MPa13 80013 000泊松比0.2000.200容重/（kN/m3）26.026.0线膨胀系数1e-51e-5fck/MPa32.426.8ftk/MPa2.652.40fcd/MPa22.4018.40ftd/MPa1.831.65表2 预应力钢束数据表预应力钢筋材料名称16-15.218-15.29-15.2弹性模量/MPa195 000.000195 000.000195 000.000容重/kN/m378.50078.50078.500线膨胀系数1.200 51.200 51.200 5fpk/MPa1 860.0001 860.0001 860.000fpd/MPa1 260.0001 260.0001 260.000fpd/MPa390.000390.000390.000表3 普通钢筋数据表普通钢筋HRB300HRB400弹性模量/MPa210 000.000200 000.000容重/（kN/m3）76.98076.980fsk/MPa300.000400.000fsd/MPa250.000330.000fsd/MPa250.000330.000图3 模型图140SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯 2023 NO.16 建 筑 与 土 木科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION表4 支反力计算表支座节点154（端支座）155（端支座）158（端支座）159（端支座）249（墩底）248（墩底）荷载应力9应力11应力9应力11应力13应力7Fx/kN0.0000.000-14.2410.00036.109248.705Fy/kN-14.1710.000-2.1090.00040.458285.558Fz/kN1 487.3463 421.9601 446.2843 419.1758 002.7286 222.206Mx/（kN m）000000My/（kN m）000000Mz/（kN m）000000（2）由于变更为现浇梁梁体荷载加大，原桩基摩擦桩承载力已不满足变更设计的要求，施工单位注浆加固工艺不能满足要求，采取了桩基加承台。（3）为解决抗倾覆问题中墩采取了墩梁固结、加大现浇连续梁两端支点间的距离同时交界墩盖梁加长。3 结语根据计算结果，腹板外侧的拉应力满足要求。中墩截面顶部与边孔跨中位置顶、底正截面抗裂验算满足要求。通过纵向预应力筋横向布置的调整，梁体内外侧在预应力+恒载作用下基本受压均匀。边墩支座径向力较大，其竖向支反力存在一定差距。根据现场实际情况，该联采用混凝土现浇梁方案，可以较方便的在已经施工完成的挖方路基上搭设支架，与原设计钢混组合梁相比，施工更便捷且可较大幅度降低工程造价。虽然该联平曲线半径较小，但可通过结构和构造措施克服其不利影响，该变更方案合理可行。参考文献1 金杰,张君琳,李业,等.独塔混合梁大跨斜拉桥钢混结合段的受力分析J.公路,2023,68(1):111-117.2 袁辉辉,黄珍珍,吴庆雄,等.大跨混合连续梁桥钢混结合段传力机理试验与分析J/OL.湖南大学学报(自然科学版):1-132023-02-11.http:/ 徐德志.虎门二桥钢混组合式护栏设计J.广东交通职业技术学院学报,2022,21(4):48-53.4 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