康祁公路永定河大橋高墩轉(zhuǎn)體設(shè)計(jì)與計(jì)算

康祁公路永定河大橋高墩轉(zhuǎn)體設(shè)計(jì)與計(jì)算陳敬松【摘要】為了跨越永定河及豐沙鐵路，康祁公路永定河大橋設(shè)計(jì)了59m、56m高墩雙轉(zhuǎn)體預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)-連續(xù)梁組合結(jié)構(gòu)，其中1，2號(hào)墩為2個(gè)高墩，2，3號(hào)墩為2個(gè)轉(zhuǎn)體墩，并對(duì)1，2號(hào)高墩的3個(gè)控制截面進(jìn)行靜力計(jì)算和在E1與E2地震波作用下的抗震計(jì)算，合理解決了在不中斷鐵路運(yùn)行條件下跨峽谷河流橋梁的設(shè)計(jì)與計(jì)算難題，有效指導(dǎo)了工程實(shí)施，保證了橋梁結(jié)構(gòu)安全及交通安全，節(jié)省了工期。【期刊名稱】《交通科技》【年(卷)，期】2016(000)002【總頁(yè)數(shù)】3頁(yè)(P8-10)【關(guān)鍵詞】橋梁工程;連續(xù)剛構(gòu)-連續(xù)梁組合結(jié)構(gòu);高墩設(shè)計(jì);轉(zhuǎn)體設(shè)計(jì);靜力計(jì)算;抗震計(jì)算【作者】陳敬松【作者單位】中鐵軌道工程研究設(shè)計(jì)有限公司武漢430074【正文語(yǔ)種】中文康祁公路永定河大橋?yàn)楦叨针p轉(zhuǎn)體預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)-連續(xù)梁組合結(jié)構(gòu)，跨越官?gòu)d水庫(kù)下游永定河段及豐沙鐵路，全長(zhǎng)308m，橋跨布置58m+93m+97m+58m，梁寬12.4m，1,2號(hào)橋墩分別為59,56m的高墩結(jié)構(gòu)，3號(hào)橋墩為7m的矩形截面結(jié)構(gòu)。橋位上游官?gòu)d水庫(kù)洪水位為482.30m,最大泄洪量為2000m3/s，泄洪水頭高約10mo^梁設(shè)計(jì)荷載為1.3x公路-I級(jí)，設(shè)計(jì)速度為60km/h,按照VIII度抗震設(shè)防，地震動(dòng)峰值加速度值為0.2g。1.1總體方案設(shè)計(jì)本橋?yàn)楦叨沾罂邕B續(xù)轉(zhuǎn)體剛構(gòu)，具有墩高、聯(lián)長(zhǎng)、施工難度大，控制因素多等特點(diǎn)，高墩設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的因素有：橋墩應(yīng)有足夠的剛度，以滿足溫度、混凝土收縮徐變等弓I起的變形，及其在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中自身的受力需求；應(yīng)滿足轉(zhuǎn)體施工的要求，盡量減小官?gòu)d水庫(kù)泄洪對(duì)橋梁的影響，滿足地震作用下橋梁結(jié)構(gòu)的安全。本橋橋位處地形地貌復(fù)雜，高差約為70m,永定河河道底寬約為90m，河道成U形。由于路線與溝底高差較大，且永定河泄洪水量較大，而豐沙鐵路上下行線間距30m，同時(shí)應(yīng)保證合龍段與鐵路有較大的平面距離，設(shè)計(jì)采用93m+97m不等跨轉(zhuǎn)體方案，最大限度減少橋梁對(duì)永定河泄洪的影響，并保障鐵路的運(yùn)營(yíng)安全。同時(shí)考慮到3號(hào)橋墩較矮，不宜采用墩梁固結(jié)，于3號(hào)墩頂設(shè)置支座（連續(xù)梁結(jié)構(gòu)）。最終確定為58m+93m+97m+58m的連續(xù)剛構(gòu)-連續(xù)梁組合結(jié)構(gòu)方案，2,3號(hào)橋墩為轉(zhuǎn)體墩，2轉(zhuǎn)體梁長(zhǎng)均為95m,考慮3號(hào)橋墩較矮，為節(jié)約工期，3號(hào)橋墩轉(zhuǎn)體梁體采用支架現(xiàn)澆施工，其余梁體采用掛籃懸澆施工，轉(zhuǎn)體角度分別為65°和74°，轉(zhuǎn)體重量分別為7200t和6100匚橋型布置見圖1。1.2高墩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)高墩大跨剛構(gòu)橋墩大多采用雙肢薄壁與單體空心墩2種，雙肢薄壁墩與單體空心墩相比，單體空心墩特別是箱形截面的抗扭性能好，抗推能力強(qiáng)，但其柔性不如雙肢薄壁墩。雙肢薄壁墩減小了跨徑，對(duì)主梁負(fù)彎矩的消峰能力較好，能有效減小梁高。但隨著墩身高度的不斷增加，單體空心墩的柔性逐漸增強(qiáng)，允許的縱向變位也隨之增大，且單體空心墩施工及成橋狀態(tài)穩(wěn)定性要高于雙肢薄壁墩，因此，當(dāng)墩高不高時(shí)，常采用雙肢薄壁墩，當(dāng)墩高大于50m時(shí)，多采用單體空心墩?？紤]本橋?yàn)檗D(zhuǎn)體施工，由于雙肢薄壁墩的縱向總尺寸要大于單體空心墩，采用雙肢薄壁墩需要設(shè)置較大的轉(zhuǎn)盤。故本橋選擇箱形截面單體空心墩。并結(jié)合官?gòu)d水庫(kù)泄洪的影響以及2號(hào)橋墩的轉(zhuǎn)體情況，進(jìn)行1,2號(hào)高墩設(shè)計(jì)。1，2號(hào)墩身均采用矩形空心薄壁墩，墩身截面橫橋向?qū)?.0m，順橋向?qū)?.0m，壁厚1.0m。1號(hào)墩身下設(shè)19m高圓端形實(shí)體墩座（考慮官?gòu)d水庫(kù)泄洪的影響），墩座橫橋向?qū)?4.0m（兩端為半徑3.5m圓端形），順橋向?qū)?.0m。2號(hào)墩身下設(shè)直徑10.0m圓形實(shí)體墩座（考慮官?gòu)d水庫(kù)泄洪的影響以及轉(zhuǎn)體的要求），墩座高16.0m，轉(zhuǎn)體球鉸設(shè)置于墩座頂（減少轉(zhuǎn)體重量，同時(shí)避免施工過(guò)程中水庫(kù)泄洪的影響）。橋墩縱向鋼筋采用直徑28mm螺紋鋼,空心部分外壁四周按束筋布置（2根為1束，束間距10cm），內(nèi)壁四周按單筋布置（間距10cm）。墩座外壁均按束筋布置（2根為1束，束間距10cm）。1，2號(hào)墩身截面見圖2。1.3轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)由下轉(zhuǎn)盤、球鉸、上轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)體牽引系統(tǒng)、撐腳、定位銷軸組成。球鉸由上下2塊鋼質(zhì)球面板組成，下球鉸呈凹形，凹面向上，上球鉸呈凸形，凸面向下，凸面位于凹面內(nèi)，這種凹凸形設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)體球鉸在形同傾覆力作用下其傾覆力臂更小、穩(wěn)定性更高。上下球鉸間采用摩擦系數(shù)較小的聚四氟乙烯材料連接［1］。根據(jù)本橋的轉(zhuǎn)體重量，2,3號(hào)橋墩均采用直徑3m的球鉸。2.11，2號(hào)橋墩靜力計(jì)算1，2號(hào)橋墩均采用C40混凝土，環(huán)境類別為I類，重要性系數(shù)取1.1［2］。采用Midas軟件建立三維有限元模型進(jìn)行計(jì)算，全橋共劃分1013個(gè)單元（其中上部結(jié)構(gòu)103個(gè)單元，下部結(jié)構(gòu)61個(gè)單元，基礎(chǔ)849個(gè)單元），計(jì)算模型見圖3。成橋靜力計(jì)算選擇3個(gè)控制截面：①空心墩底（t=1m）截面即距墩頂36m處；②空心墩底（t=1.5m）截面即距墩頂38m處；③實(shí)心（7mx6m）截面即距墩頂40m處。工況按彎矩最大的基本組合計(jì)算?？招慕孛妫↖形截面）按式（1）、式（2）計(jì)算，實(shí)心截面按式(3)、式(4)計(jì)算［3］。1,2號(hào)橋墩計(jì)算結(jié)果見表1、表2。2.22號(hào)橋墩施工計(jì)算施工過(guò)程計(jì)算(2號(hào)橋墩控制，主梁跨徑為97m):主梁懸澆共分14個(gè)節(jié)段，其中0號(hào)節(jié)段長(zhǎng)10m,1-11號(hào)節(jié)段長(zhǎng)均為3.5m,12號(hào)節(jié)段長(zhǎng)4m,13號(hào)節(jié)段(合龍段)長(zhǎng)2m。1-13號(hào)節(jié)段梁重分別為1796,1670,1575,1475,1387,1312,1250,1155,1030,1032,958,1061,265kN。主梁對(duì)稱懸澆，考慮一個(gè)節(jié)段梁重和掛籃自重(取1200kN)對(duì)墩身產(chǎn)生不對(duì)稱彎矩進(jìn)行驗(yàn)算，并考慮橋面承受不對(duì)稱風(fēng)載。計(jì)算選擇2個(gè)控制截面：①空心墩底(t=1m)截面即距離墩頂36m處；②空心墩頂(t=1m)截面即距離墩頂6m處。其計(jì)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求?？拐鹩?jì)算：場(chǎng)地類別為II類，反應(yīng)譜特征周期為0.35s,E1地震作用下，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)0.5，場(chǎng)地系數(shù)1.0，阻尼調(diào)整系數(shù)1.0,E2地震作用下，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.3，場(chǎng)地系數(shù)1.0，阻尼調(diào)整系數(shù)1.0［4］。經(jīng)計(jì)算E1,E2地震作用下，1,2號(hào)橋墩均滿足規(guī)范要求，限于篇幅，此處僅列出E2地震作用下，1,2號(hào)橋墩計(jì)算結(jié)果，見表3-表6。根據(jù)抗震設(shè)計(jì)細(xì)則，按照式(5)、式(6)進(jìn)行墩柱沿順橋向和橫橋向的斜截面抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算。為跨越永定河及豐沙鐵路，康祁公路永定河大橋創(chuàng)新性提出了高墩轉(zhuǎn)體的混凝土連續(xù)剛構(gòu)-連續(xù)梁組合結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)方案，解決了不中斷鐵路運(yùn)行條件下跨峽谷河流的橋梁建設(shè)難題；橋墩上端采用空心矩形結(jié)構(gòu)、下端采用實(shí)心(橢)圓形結(jié)構(gòu)，墩中布置轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，綜合解決了水庫(kù)泄洪難題與轉(zhuǎn)體重量大、風(fēng)險(xiǎn)高的問(wèn)題，達(dá)到了結(jié)構(gòu)安全、受力合理以及外形美觀等多重要求。對(duì)本橋施工難點(diǎn)1,2號(hào)高墩進(jìn)行了靜力計(jì)算，并給出了1,2號(hào)2個(gè)高墩在E1與E2地震波作用下的抗震計(jì)算，保證了橋梁的施工安全和結(jié)構(gòu)安全。當(dāng)連續(xù)岡U構(gòu)橋墩較高時(shí)，采用箱型截面墩，能有效增加橋墩的抗推剛度，同時(shí)也能保證橋墩的整體柔性。但不利于墩頂主梁消峰，在主梁應(yīng)力不受控制時(shí)可考慮此墩形。⑶康祁公路水定河大橋于2012年5月成功轉(zhuǎn)體，2012年10月竣工通車，在保證豐沙鐵路在施工期間不中斷交通的同時(shí)節(jié)省6個(gè)月工期，節(jié)約投資數(shù)百萬(wàn)元，達(dá)到了安全、優(yōu)質(zhì)和高效的目的，對(duì)類似的設(shè)計(jì)施工具有很好的借鑒價(jià)值?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】李拉普.跨線連續(xù)箱梁橋平而轉(zhuǎn)體