京沈高速公路北運(yùn)河大橋V型連續(xù)剛構(gòu)設(shè)計(jì)

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　　摘要： 本文較詳細(xì)地論述了北運(yùn)河大橋主橋V型連續(xù)剛構(gòu)的總體設(shè)計(jì)及構(gòu)造上的部分特點(diǎn)、各階段的內(nèi)力計(jì)算及分析，簡要介紹了主橋的施工工藝。

　　關(guān)鍵詞： V型 連續(xù)剛構(gòu) 橋梁 設(shè)計(jì)

　　一、概述

　　北運(yùn)河大橋位于京沈高速公路（北京段）K26＋430處，跨越北運(yùn)河。北運(yùn)河發(fā)源于北京東北部軍都山南麓，由東沙河、北沙河、南沙河子昌平縣沙河鎮(zhèn)匯合后始稱溫榆河，直至通州區(qū)北關(guān)閉，北關(guān)問以下稱北運(yùn)河，北運(yùn)河流域面積2478平方千米。北關(guān)間下又有通惠河、涼水河、風(fēng)港城河等匯合南下，于河北省屈家店匯入永定河，再經(jīng)海河流入渤海。北運(yùn)河屬于海河水系，是公元605年隋朝時(shí)期開鑿的京杭大運(yùn)河的源頭，它為當(dāng)時(shí)的南北交通及經(jīng)濟(jì)繁榮做出過巨大的貢獻(xiàn)，今天仍是北京東南方向的主要排灌河道。1962年、1973年水利部門對北運(yùn)河進(jìn)行過整治，1993年又按規(guī)劃河道重筑左堤，兩堤間距擴(kuò)至1345m澳標(biāo)準(zhǔn)為10年一遍開槽，20年一遇筑堤，50年一通校校。根據(jù)規(guī)劃及水利部門的要求，綜合各方面因素，主橋采用三孔V型連續(xù)剛構(gòu)，其跨徑為420＋780＋420m，兩端引橋分別為8mx25m和33mx25m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支 T梁。橋梁斜交角度為75度，橋梁全長 1189.08m，其中主橋長 162m，引橋長1027.08m.

　　北運(yùn)河大橋主橋是京沈高速公路上的控制工程，工期限制性較大，施工工藝及方法復(fù)雜，其直接影響施工進(jìn)度及施工質(zhì)量。為了加快進(jìn)度、提高功率，V型墩及主箱梁施工采用滿堂紅支架方法，分3個(gè)階段現(xiàn)場澆筑形成，預(yù)應(yīng)力鋼束按規(guī)定階段分批進(jìn)行張拉。另一方面，北運(yùn)河主河道在常水位時(shí)水面寬120m，水深5m，經(jīng)與有關(guān)單位反復(fù)商定，最后以填土壓縮河道和臨時(shí)墩相結(jié)合的方法，解決了主河道搭設(shè)模板支架問題，實(shí)踐證明，該施工方法不但保證了河水暢通，同時(shí)又保證了工期和質(zhì)量。臨時(shí)墩為樁基橫向焊接工宇梁，縱向鋪設(shè)貝雷梁構(gòu)成。北運(yùn)河大橋是京沈高速公路上唯一的一座特大橋，主橋橋型選擇及整體布局是成功的，設(shè)計(jì)上采用的雙向預(yù)應(yīng)力技術(shù)、大直徑群樁基礎(chǔ)、合理的施工階段劃分及施工工藝。局部的一些構(gòu)造處理，保證了工期和質(zhì)量，具有可取和獨(dú)到之處。

　　二、橋型選擇

　　根據(jù)規(guī)劃及水利部門的意見，在滿足水文計(jì)算的情況下，橋孔不小于1100m，主橋不小于200m，在眾多方案的基礎(chǔ)上，對主橋提出了三個(gè)橋型方案：

　　方案1：三孔V型連續(xù)剛構(gòu)，跨徑布置為60＋100＋60m.

　　方案2：三孔變截面連續(xù)梁，跨徑布置為60＋90＋60m.

　　方案3：中承式鋼管混凝土拱橋，跨徑布置為40＋120 ＋ 40m.

　　各方案技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

　　方案1：V型連續(xù)劇構(gòu)是近年來新發(fā)展起來的結(jié)構(gòu)型式，橋型新穎美觀，V撐減小主跨跨徑，斷面尺寸減小，顯得更加輕巧，結(jié)構(gòu)整體性好，施工方便，造價(jià)較低。

　　方案2：連續(xù)橋梁結(jié)構(gòu)輕巧，受力合理，需大噸位支座，造價(jià)居中。

　　方案3：中承式鋼管混凝土拱橋，橋型美觀，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對基礎(chǔ)要求較高，施工難度較大，造價(jià)較高。

　　經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)綜合比較并報(bào)主管部門批準(zhǔn)，最終采用V型連續(xù)劇構(gòu)方案，經(jīng)進(jìn)一部與有關(guān)部門協(xié)商和優(yōu)化，主孔跨徑減為78m，相應(yīng)邊孔跨徑減為42m.

　　三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　北運(yùn)河大橋主橋經(jīng)規(guī)劃、水利、橋梁等方面專家論證，最后選用了結(jié)構(gòu)布局合理、造型優(yōu)美、經(jīng)濟(jì)可行的V型連續(xù)剛構(gòu)型式。

　　l 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)荷載汽車一起20級，掛車-120；

　　地震裂度8度；

　　洪水頻率1／100；

　　設(shè)計(jì)流量Q1%＝2262立方米/秒

　　設(shè)計(jì)流速 V槽＝2.03m／s；V灘＝034th／s；

　　設(shè)計(jì)水位 Hs=20.23m.

　　2 上部結(jié)構(gòu)

　　主橋上部結(jié)構(gòu)為42十 78＋ 42m預(yù)應(yīng)力混凝土 V型連續(xù)劇構(gòu)，全長 162rn，全寬 30m，為上下行雙橋式經(jīng)構(gòu)；主梁采用變截面單箱雙室結(jié)構(gòu)，截面高度變化曲線方程為旋轉(zhuǎn)的二次拋物線，V撐與主梁銜接處用國曲線順接。主梁梁高 160～2 60m，翼板寬 14 Zm，箱寬8. sin，頂板厚 25ctn，底板厚 20.，梁端及靠近 V撐處底板厚由 20.漸變至 50cm，腹板寬均為 0 .6m，靠聯(lián)接器處邊腹板寬由 0. 60m漸變至 0.75m，中腹板定由 0 .60m漸變至 0.80m；主梁共設(shè)17道模隔梁；V撐力實(shí)體截面。

　　3 下部結(jié)構(gòu)

　　主墩：采用45號鋼筋混凝土矩形墩身，上接V撐，V撐中加豎向預(yù)應(yīng)力，下接承臺，長9.11米，寬4.70m，承臺下為4排鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑15m，樁長40m.

　　聯(lián)接墩：采用雙住橋墩，蓋梁為T形截面，由于主、引橋主梁高度不同，蓋梁項(xiàng)面縱橋向做成臺階狀，長 12. 60m，寬 1.80m，高 1.708m.柱徑 13m，柱下接承臺，承臺為工字形，承臺厚 2.0m，其下為雙排鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑為 1.5米，樁長為 35. 0m.

　　4 其他

　　橋面鋪裝：橋面鋪裝力等厚度，共15厘米。上層為8cm厚瀝青混凝土，其中4厘米（玄武巖）中粒式瀝青混凝土，4厘米（石灰?guī)r）中粒式瀝青混凝土，下層為7rm厚抗折混凝土。橋面混凝土與瀝青混凝土之間設(shè)防水層，防水層采用FWI71型橋面專用防水涂料。

　　支座及伸縮縫：伸縮縫采用XF160一Ⅱ型毛勒縫。主橋聯(lián)接墩支座為四氛板式橡膠支座，其規(guī)格為60m X 40mX9.2厘米

　　四、結(jié)構(gòu)分析

　　1 上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算

　　本結(jié)構(gòu)為V型連續(xù)劇構(gòu)，在施工階段受力體系經(jīng)三次交換，由低次超靜定向高次超靜定過渡，計(jì)算中縱、橫向均采用平面杯系假定，利用橋梁綜合程度分別對各施工階段及運(yùn)營階段的受力情況進(jìn)行了應(yīng)力、應(yīng)變分析。根據(jù)受力結(jié)果，合理調(diào)整支架的安裝與拆除、混凝土澆筑及鋼束分批張拉順序，將各階段的截面受力嚴(yán)格控制在安全范圍之內(nèi)。計(jì)算中考慮的荷載有：恒載、預(yù)應(yīng)力、汽車荷載、掛車荷就溫度變化影響力、基礎(chǔ)變位影響力、混凝土收縮與徐變影響力等。由于篇幅限制，表2僅列出運(yùn)營階段控制設(shè)計(jì)的主要組合內(nèi)力。

　　2 預(yù)應(yīng)力鋼束布置

　　根據(jù)受力狀況，主橋在箱梁及V撐內(nèi)均布置了預(yù)應(yīng)力鋼束，鋼束全部采用ASTMA416-90a型高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度R=1860MPa.每束力12X7Φ5，每束張拉控制應(yīng)力σK=0.72R=1339.2MPa，張拉力為2317.4kN.預(yù)應(yīng)力錨具張拉端為OVM15－12型，非張拉端為OVM15-12P型，聯(lián)接器為OVM15-12L型。預(yù)應(yīng)力鋼束除兩聯(lián)接器之間的通長鋼束采用兩端張拉外，余均為一端張拉，考慮到減少預(yù)應(yīng)力損失，主梁上設(shè)兩道連接器裝置。

　　3 下部結(jié)構(gòu)計(jì)算

　　下部結(jié)構(gòu)分別接施工階段和運(yùn)營階段進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)算荷載有溫度力、汽車荷載、掛車荷載、風(fēng)力、汽車制動(dòng)力及地震荷載。本橋位處地基屬于m類場地上。

　　溫度力按墩身剛度及基礎(chǔ)剛度計(jì)算。

　　下部結(jié)構(gòu)地震力接反應(yīng)借理論計(jì)算，分別考慮了兩種情況：

　　① 考慮一般沖刷線；

　?、?考慮地基土液化。按多質(zhì)點(diǎn)分別計(jì)算各部分地震力。結(jié)構(gòu)分為五部分：上部結(jié)構(gòu)、撐、墩身、承臺及基樁。按一股沖刷線計(jì)算主橋基本周期 TI= 0. 668s，按液化線計(jì)算時(shí)基本周期 TI=0. 7812s.

　　主橋基礎(chǔ)力承臺下接群樁基礎(chǔ)，按m法計(jì)算。運(yùn)營階段計(jì)算了最大沖刷線時(shí)基樁內(nèi)力、地震荷載，計(jì)算了一般沖刷線及液化線時(shí)的基樁內(nèi)力?？紤]了上部結(jié)構(gòu)溫度力，徐變影響力、上部預(yù)應(yīng)力及基礎(chǔ)沉降對下部結(jié)構(gòu)的影響，按最不利組合進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。