桥梁设计京福高速公路大蒲高架桥主桥设计简介

1 概述
大蒲高架桥位于闽侯境内，是北京至福州国道主干线福州境内的一座大桥，桥梁全长2015.1m，主桥斜跨国道316（交角为34.4°）。本桥东岸受软土路基控制，西岸接南屿互通立交主线桥。大蒲高架桥布孔方案左幅为：（1孔20m预应力砼简支T梁）+（23+35+23m预应力砼等截面连续箱梁）+（1×20m预应力砼简支T梁）+（3联5×30m预应力砼连续T梁）+（8联6×30m预应力砼连续T梁）。右幅为：（2×20m预应力砼简支T梁）+（23+35+23m预应力砼等截面连续箱梁）+（3联5×30m预应力砼连续T梁）+（8联6×30m预应力砼连续T梁）。桥位平面图及主桥立面布置分别见图1和图2。
本桥的突出特点：主桥上部为等截面连续箱梁，下部为独柱墩，这是我省高速公路上首座此类型的桥梁。图1 桥位平面图 见附件
2 设计技术标准
（1）计算行车速度：80km/h；
（2）设计荷载：汽超20-级，挂-120；
（3）桥面净宽：净11+2×0.5m；
（4）设计水位：8.3m（百年一遇）；
（5）地震基本烈度：7度，按8度设防；
（6）气候：年平均气温19.6°C,年平均降水1343.8mm，年平均风速2.8m/s，年平均相对湿度77%。
图2 主桥立面图 见附件
3 主桥上部构造
本桥主桥为(23+35+25)m三跨等截面连续箱梁，箱梁高2m，断面为单箱双室，两翼悬臂长2.5m,底宽7m。在边跨跨中和中跨跨中均设置一道实体厚30cm的中隔板，在各跨支承处均设置一道实体厚100cm或120cm的端隔板。主桥中支承为单点单支承，边支承为双点支承。箱梁纵向布置预应力钢绞线。
根据箱梁结构受力特点及布置预应力钢绞线的要求，拟定结构尺寸如下：
⑴顶板：在端隔板至跨中方向4m范围内顶板厚度由45cm过渡到20cm；中隔板两侧20cm范围内顶板厚度由30cm过渡到20cm。
⑵底板：在端隔板至跨中方向4m范围内底板厚度由40cm过渡到20cm；中隔板两侧20cm范围内底板厚度由30cm过渡到20cm。
⑶肋板：肋板承受截面剪应力及主拉应力，并承受局部荷载产生的横向弯矩，其厚度还必须满足布置预应力钢筋及浇筑混凝土的要求。因本桥箱梁断面为单箱双室，所以有3个肋板，在端隔板至跨中方向4m范围内边肋板厚度由70cm过渡到35cm，中肋板厚度由90cm过渡到35cm；中隔板两侧20cm范围的内边肋板厚度由55cm过渡到35cm，中肋板厚度由75cm过渡到35cm。
⑷梗腋：顶板与肋板交接处设80×25cm的上梗腋，以减少崎变应力，减少桥面板跨中弯矩，避免应力集中。底板与肋板交接处设25×25cm的下梗腋。
4 主桥下部构造
由于本桥是斜跨316国道的高架桥，因此主墩采用圆形独柱墩，具有整体外形简洁美观，桥下通视好的优点。为布置支座需要，主墩顶1.4m范围内直径由1.9m过渡到1.6m，并采用40#混凝土，其余部分为30#混凝土，主墩支座采用KPZ抗震盆式橡胶支座，主墩构造见图3。连接墩为圆形双柱轻型墩，墩径为1.5m，连接墩构造见图3。基础均为钻孔灌注桩。
图3 桥墩构造图 见附件
5 上部结构计算
采用同济大学"桥梁博士2.8版直线梁桥平面杆系有限元程序"进行主桥上部结构内力分析及配索，截面尺寸详见图4典型断面图。整个上部结构共划分为185个节点，328个单元，其中纵梁根数有5根，总计180个单元。纵梁单元编号如下：
①号纵梁 单元编号 1～36
②号纵梁 单元编号 37～72
③号纵梁 单元编号 37～108
④号纵梁 单元编号 109-144
⑤号纵梁 单元编号 145～180
计算工况考虑
本桥等截面连续箱梁结构采用搭梁式支架一次现浇。因此计算划分为2个施工阶 段和1个运营阶段。图4典型横断面图 见附件
（1）施工阶段。
① 搭架现浇3跨连续箱梁，经过正常混凝土养护龄期后张拉预应力钢索。
② 卸支架，施工二期恒载。
（2）运营阶段。
按距施工完毕500d和1000d分别计算计入活载的组合效应。
5.2 预应力体系
主桥采用OVM-12张拉锚固体系，钢绞线采用ASTM A416-90a标准，高强度低松弛270k级φj15.24钢绞线，其标准强度为1860MPa,,公称直径15.25mm,公称面积140mm2。预应力波纹管采用镀锌双波金属波纹管。
有关预应力计算参数：预应力钢索锚下张拉控制应力为1395MPa（未考虑锚具锚口摩阻损失）,张拉控制力2343.6kN,采用一次张拉，松弛系数为0.07,预应力管道摩擦系数μ=0.25,管道偏差系数K=0.0015,锚具变形和钢束回缩量为6mm,
5.3 温度场
超静定结构中，温度应力可以达到甚至超过活载应力，已被认为是预应力混凝土桥梁产生裂缝的主要原因。温度应力达到一定数值，有可能增加箱梁腹板的主拉应力，恶化斜截面的抗裂性。所以选用符合实际情况的温度梯度曲线十分重要。根据桥址区的气象条件并参考有关文献及相似工程，本桥采用的温度场为：
⑴均匀温差：升温取25℃，降温取-20℃。
⑵不均匀温差：升温模式取新西兰升温温差模式，降温模式取英国降温温差模式（BS5400），如图5所示。图中H为梁高。图5不均匀温差模式 见附件
5.4 沉降计算
(1) 边墩沉降取1cm。
(2) 中墩沉降取1cm。
两种工况取不利值。
5.5 计算组合
组合一：结构重力+预应力+汽车+支沉①（或支沉②）；
组合二：结构重力+预应力+汽车+支沉
①（或支沉②）+升温模式（或降温模式）；
组合三：结构重力+预应力+挂车。
5.6 计算结果
根据以上所述的计算方法及考虑计算参数、工况等，进行预应力配索设计计算(23m+35m+23m)等截面连续箱梁上部结构在主要组合（组合一）为全预应力构件，在附加组合（组合二）为部分预应力A类构件。运营阶段结构应力见表1。箱梁需设置8mm预拱度。
表1运营阶段结构应力 见附件
6 横向计算
由于箱梁的肋距较大，箱壁相对较薄，所以箱梁的横向内力计算是十分重要的。本桥的横向计算仍采用采用"桥梁博士2.8版直线梁桥平面杆系有限元程序"。计算方法为框架分析法，其原理是：在箱梁的长度方向上截取单位长度的薄片框架，利用结构力学方法进行分析，但必须满足框架的变形与整个梁体协调一致的原则。
本桥为等截面箱梁，计算步骤为：取1m长的跨中箱梁梁段（见图4中"跨中典型断面"），视为平面框架，先对此框架加支承，进行框架分析，然后释放支承，进行结构分析，最后将两者内力叠加，即为箱梁的横向内力。根据此内力进行横向配筋。
7 下部结构计算
下部结构计算除考虑常规影响因素外，还考虑了在地震基本烈度为Ⅶ度情况下土层震陷影响。墩柱和桩基础按极限状态法及裂缝控制进行配筋和验算。
8 结语
(1) 箱形截面具有强大抗扭性能，所以在中支承为单点支承及偏心荷载作用下，结构在施工与使用过程具有良好的稳定性。
(2) 箱梁顶底板都具有较大的混凝土面积，能有效地抵抗正负弯矩,适应连续梁等具有正负弯矩的结构。
(3) 城市高架桥中,上部采用箱形截面,下部采用独柱墩,具有桥梁外形简洁美观,桥下通视好的优点，应用广泛。

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