曲線橋梁的設(shè)計(jì)計(jì)算

曲線橋梁的設(shè)計(jì)計(jì)算摘要：隨著貴陽(yáng)市的快速發(fā)展和道路等級(jí)的提高，曲線橋梁的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，結(jié)合工程實(shí)踐，對(duì)曲線橋梁設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行分析，敘述箱梁構(gòu)造，對(duì)幾個(gè)重要荷載做計(jì)算以及結(jié)果分析、總結(jié)，以期為后續(xù)類(lèi)似工程提供參考。關(guān)鍵詞：曲線橋梁；設(shè)計(jì)；計(jì)算工程概況貴陽(yáng)市新建林城東路延伸段的立交節(jié)點(diǎn)—新添大道立交匝道橋，本匝道橋采用螺旋形，內(nèi)外幅設(shè)置，本文以外幅第一聯(lián)27.963+2x27m為工程實(shí)例，本聯(lián)平曲線為半徑50m的圓曲線加緩和曲線，豎曲線為凸曲線，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁，中支墩固結(jié)，邊支點(diǎn)采用支座，中支墩高度為70m和77m，橋墩采用3x5m矩形空心墩，承臺(tái)樁基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)計(jì)算上部結(jié)構(gòu)箱梁按單箱單室設(shè)計(jì)，頂板寬10.2m，底板寬5.35m，懸臂長(zhǎng)2m，腹板傾角76°，箱梁頂、底板平行設(shè)置，梁高2.2m。端橫梁寬度為1.2m，中橫梁寬度為3.0m。采用Midas/civil計(jì)算，并以《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2015）和《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG3362-2018）為標(biāo)準(zhǔn)，按部分預(yù)應(yīng)力（A類(lèi)）混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算。橫斷面尺寸圖2.1本文針對(duì)在設(shè)計(jì)過(guò)程中的幾個(gè)荷載做計(jì)算分析：風(fēng)荷載由于橋墩最大墩高為77m，風(fēng)荷載對(duì)上部結(jié)構(gòu)箱梁和下部橋墩影響較大，現(xiàn)以此橋墩墩高計(jì)算。根據(jù)《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T3360-01-2018）規(guī)定，橫橋向風(fēng)作用下主梁?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度上的順風(fēng)向等效靜陣風(fēng)荷載為，1）——空氣密度，2）——等效靜陣風(fēng)風(fēng)速，，——等效靜陣風(fēng)系數(shù)，本聯(lián)水平加載長(zhǎng)度L=27.963+2x27=82m，根據(jù)本匝道橋的建設(shè)地點(diǎn)，地表類(lèi)別判定為C類(lèi)，根據(jù)表5.2.1，=1.465；——橋梁或構(gòu)件基準(zhǔn)高度Z處的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速，或——抗風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，基本風(fēng)速=28m/s，根據(jù)表4.2.6-1，=1.02,Z=77+2.2=79.2m；根據(jù)表4.2.1，，,根據(jù)表4.2.4，，，得出，；——地形條件系數(shù)，取=1.2，——地表類(lèi)別轉(zhuǎn)換及風(fēng)速高度修正系數(shù)，根據(jù)表4.2.6-2，得出，=1.238，得出，，取大值，3）——主梁橫向力系數(shù)，可按下式計(jì)算，,B——主梁的特征寬度，B=10.2m，D——主梁梁體的投影高度，D=3.38m，得出，=1.8；橋梁的主梁截面帶有斜腹板時(shí)，橫向力系數(shù)可根據(jù)腹板傾角角度折減，橫向力系數(shù)的腹板傾角角度折減系數(shù)可按下式確定：，=14°，得出，=0.93。則4)D——主梁特征高度，D=3.38m橫橋向風(fēng)作用下主梁?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度上的順風(fēng)向等效靜陣風(fēng)荷載為根據(jù)第5.3.5條，跨徑等于或小于200m的橋梁，主梁上順橋向單位長(zhǎng)度的風(fēng)荷載取其橫橋向風(fēng)荷載的0.25倍，。離心力根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2015）第4.3.3條規(guī)定：曲線橋應(yīng)計(jì)算汽車(chē)荷載引起的離心力。汽車(chē)荷載離心力標(biāo)準(zhǔn)值為車(chē)輛荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以離心系數(shù)C計(jì)算。離心力系數(shù)按下式計(jì)算：，（設(shè)計(jì)時(shí)速為30km/h）汽車(chē)制動(dòng)力根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2015）第4.3.5條規(guī)定：汽車(chē)荷載制動(dòng)力按同向行駛的汽車(chē)荷載（不計(jì)沖擊力）計(jì)算，一個(gè)設(shè)計(jì)車(chē)道上由汽車(chē)荷載產(chǎn)生的制動(dòng)力標(biāo)準(zhǔn)值按規(guī)定的車(chē)道荷載標(biāo)準(zhǔn)值在加載長(zhǎng)度上計(jì)算的總重力的10%計(jì)算，但對(duì)公路-I級(jí)汽車(chē)荷載的制動(dòng)力標(biāo)準(zhǔn)值不得小于165kN。同時(shí)考慮同向行駛車(chē)輛的橫向折減系數(shù)。預(yù)應(yīng)力小半徑曲線梁橋的縱向預(yù)應(yīng)力鋼束沿箱梁腹板平面曲線線形變化，如按直線橋布置方式，橫向以腹板中心線對(duì)稱(chēng)布置2根鋼束，但對(duì)小半徑曲線梁橋來(lái)說(shuō)，預(yù)應(yīng)力鋼束對(duì)混凝土產(chǎn)生較大的徑向力，它除對(duì)相鄰兩預(yù)應(yīng)力鋼束之間的混凝土產(chǎn)生局部承壓作用之外，還對(duì)內(nèi)側(cè)預(yù)應(yīng)力鋼束與箱梁內(nèi)弧側(cè)之間的混凝土產(chǎn)生崩彈作用，故這種徑向力對(duì)箱梁腹板的受力是很不利的[1]。而且曲線半徑越小，這種效應(yīng)越明顯，現(xiàn)將腹板預(yù)應(yīng)力鋼束沿著腹板中心線布置，中支點(diǎn)頂緣和跨中底緣按需要設(shè)置短束。計(jì)算結(jié)果（只表述部分結(jié)果）3.1正截面抗彎驗(yàn)算結(jié)果：按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG3362-2018）第5.1.2-1條驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)作用效應(yīng)的組合設(shè)計(jì)最大值均小于等于構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值，滿足規(guī)范要求。3.2斜截面抗剪承載能力驗(yàn)算結(jié)論：按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG3362-2018）第5.1.2-1條驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)作用效應(yīng)的組合設(shè)計(jì)最大值均小于等于構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值，滿足規(guī)范要求。按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG3362-2018）第5.2.11條進(jìn)行抗剪截面驗(yàn)算，滿足規(guī)范要求。3.3支反力計(jì)算在布置曲線橋梁的構(gòu)造后,可以計(jì)算得出各個(gè)支座反力,要求在永久作用和可變作用共同作用下,各個(gè)支座反力要求大于0，即支座處于受壓狀態(tài)。如果支反力小于0.則支座受拉,就可能引起該支座上方的曲梁翹起,在這種情況下,通常要求重新布置橋梁跨度或在該支座上方箱梁進(jìn)行混凝土或鋼錠壓重,使得支反力始終大于0,支座始終處于受壓狀態(tài)。結(jié)論是永久作用和可變作用共同作用下的各個(gè)支反力大于0,使支座始終處于受壓狀態(tài)，根據(jù)計(jì)算的支反力選擇支座，支座施工時(shí)要求放置水平[2]。本聯(lián)箱梁為曲線高墩箱梁橋，采用中支墩固結(jié)，邊支點(diǎn)采用支座的布置形式，支座間距為6m。邊支點(diǎn)橫梁外伸，底板總寬度為8m，為避免支座出現(xiàn)拉力，將支座間距拉大，邊支點(diǎn)支反力均勻，布置支座合理。3.4撓度驗(yàn)算及預(yù)拱度設(shè)置《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG3362-2018）第6.5.3條規(guī)定：鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的長(zhǎng)期撓度值，由汽車(chē)荷載（不計(jì)沖擊力）和人群荷載頻域組合在梁式橋主梁產(chǎn)生的最大撓度不應(yīng)超過(guò)計(jì)算跨徑的1/600。正常使用極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)由荷載引起的跨中豎向最大變形（未考慮荷載長(zhǎng)期效應(yīng)的影響），按《公預(yù)規(guī)》6.5.3條規(guī)定，當(dāng)采用C40～C80混凝土?xí)r，考慮撓度長(zhǎng)期增長(zhǎng)系數(shù)＝1.45～1.35，C50混凝土按直線內(nèi)插得＝1.43。

由計(jì)算可知，消除構(gòu)件自重的長(zhǎng)期撓度的跨中最大值為：=1.43×4.76mm=6.8mm,計(jì)算跨徑27.963m×1/600＝47mm。消除結(jié)構(gòu)自重后撓度長(zhǎng)期效應(yīng)值表截面位置消除結(jié)構(gòu)自重后撓度長(zhǎng)期效應(yīng)值(mm，向下為正)撓度限值(L/600，mm)第一跨6.847第二跨5.845第三跨5.945從上表可看出，消除自重后撓度的長(zhǎng)期效應(yīng)值小于L/600，滿足規(guī)范要求?！豆A(yù)規(guī)》（JTG3362-2018）第6.5.5條規(guī)定：當(dāng)預(yù)加應(yīng)力產(chǎn)生的長(zhǎng)期反拱值大于按荷載頻遇組合計(jì)算的長(zhǎng)期撓度時(shí)，可不設(shè)預(yù)拱度；當(dāng)預(yù)加應(yīng)力產(chǎn)生的長(zhǎng)期反拱值小于按荷載頻遇組合計(jì)算的長(zhǎng)期撓度時(shí)，應(yīng)設(shè)預(yù)拱度，其值應(yīng)按該項(xiàng)荷載的撓度值與預(yù)加應(yīng)力長(zhǎng)期反拱值之差采用。跨中節(jié)點(diǎn)預(yù)拱度表(只表述最大值)截面位置預(yù)加應(yīng)力效應(yīng)長(zhǎng)期撓度(mm，向上為正)荷載頻遇組合長(zhǎng)期撓度(mm，向上為正)預(yù)拱度（mm）最大13.6-184.44、總結(jié)1、曲線橋梁的設(shè)計(jì)計(jì)算采用Midas/civil計(jì)算出結(jié)構(gòu)的反力和內(nèi)力，根據(jù)計(jì)算的反力，避免出現(xiàn)拉力，即支座始終處于受壓狀態(tài)，再根據(jù)計(jì)算出的內(nèi)力，應(yīng)用軟件進(jìn)行持久狀況承載能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)計(jì)算和持久狀況預(yù)應(yīng)力混凝土、短暫狀況構(gòu)件的應(yīng)力計(jì)算，配置結(jié)構(gòu)鋼筋；2、對(duì)于匝道橋，處于連接主線和地面之間的連接通道，橋墩較高或縱坡較大時(shí)，可將中支墩固結(jié)。3、曲線橋梁，溫度變化和混凝土收縮影響是引起混凝土曲線箱梁橋爬移的主要原因，影響因素占所有分析因素的70%以上；混凝土徐變和預(yù)應(yīng)力對(duì)混凝土曲線箱梁橋徑向位移可以忽略不計(jì)，主要引起切向的負(fù)位移；當(dāng)車(chē)輛按照設(shè)計(jì)時(shí)速和標(biāo)準(zhǔn)載重的情況下，離心力對(duì)徑向位移的影響可以忽略不計(jì)[3]。小半徑曲線梁橋的設(shè)計(jì)計(jì)算比較復(fù)雜，其預(yù)應(yīng)力效應(yīng)、溫度效應(yīng)、汽車(chē)荷載的影響面加載、曲梁橋摩擦損失都比直線梁橋復(fù)雜，且半徑越小，跨徑設(shè)置應(yīng)不超過(guò)25m，采用普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，最后通過(guò)有限元計(jì)算分析，計(jì)算出結(jié)構(gòu)的受力特征。參考文獻(xiàn)：[