貴陽(yáng)市黔靈大橋設(shè)計(jì)特點(diǎn)
2017-04-24
1.工程概述
貴陽(yáng)市黔靈大橋是連接貴陽(yáng)老城區(qū)至金陽(yáng)新區(qū)的貴金線上的一座大跨連續(xù)剛構(gòu)橋。主橋上部構(gòu)造為110＋2x190＋110m四跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，全橋分左、右幅結(jié)構(gòu)各自獨(dú)立，主橋橋墩最高59m。該橋正交跨越黔靈公園內(nèi)小關(guān)水庫(kù)，橋位段河流最高洪水位1107.6m，河水位最大變幅3m，多年平均流量13.8m3/s。橋位下伏基巖為弱風(fēng)化鈣質(zhì)泥巖。橋位區(qū)屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年平均氣溫為15℃，極端最低氣溫為-7.8℃。
2.主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
⑴道路等級(jí)及計(jì)算行車速度：城市主干路I級(jí)，計(jì)算行車速度60km/h。
?、圃O(shè)計(jì)荷載：
機(jī)動(dòng)車道：采用公路-Ⅰ級(jí)汽車荷載；
人群荷載：5.0kN/m均布荷載或1.5kN集中荷載。
?、菢?qū)挘?×（0.25m人行道欄桿+0.75m檢修道+12m機(jī)動(dòng)車道+0.5m防撞欄桿），橋面寬度為27.5m。
?、鹊卣鹆叶龋簠^(qū)域震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35S，地震動(dòng)峰值加速度小于0.05g。
?、稍O(shè)計(jì)基準(zhǔn)期100年，設(shè)計(jì)安全等級(jí)一級(jí)。重要性系數(shù)1.1，環(huán)境類別I類。
?、试O(shè)計(jì)最大風(fēng)力：由于橋位處無(wú)實(shí)測(cè)值，設(shè)計(jì)按規(guī)范取值。
⑺設(shè)計(jì)溫度：設(shè)計(jì)合攏溫度為15±3℃。
3.總體設(shè)計(jì)
橋位處于貴陽(yáng)市區(qū)，具備相對(duì)較好的運(yùn)輸條件，橋型方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，力求體現(xiàn)技術(shù)先進(jìn)可靠、經(jīng)濟(jì)合理適度、施工方便可行、使用安全耐久、人文景觀協(xié)調(diào)的原則，并結(jié)合初步設(shè)計(jì)專家評(píng)審意見(jiàn)，主橋選擇連續(xù)剛構(gòu)橋方案，橋跨布置以施工安全可靠為中心；引橋采用一次落架的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋方案。
4.主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1 箱梁構(gòu)造設(shè)計(jì)
上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)箱梁，箱梁根部梁高11.25m，跨中梁高4m，頂板厚25cm，底板厚從跨中至根部由32cm變化為150cm，腹板從跨中至根部分3段采用50，70，120cm三種厚度，箱梁高度和底板厚度按1.5次拋物線變化。箱梁典型斷面見(jiàn)圖1。箱梁頂板橫向?qū)?3.5m，箱底寬7.0m，翼緣懸臂長(zhǎng)3.25m。箱梁0號(hào)節(jié)段長(zhǎng)15m（包括墩兩側(cè)各外伸2m），每個(gè)懸澆""T""縱向?qū)ΨQ劃分為21個(gè)節(jié)段，梁段數(shù)及梁段長(zhǎng)從根部至跨中分別為6×3.5m、5×4.0m、10×4.5m，節(jié)段懸澆總長(zhǎng)88m。懸澆階段最大控制重量2627.3kN。邊中跨合攏段長(zhǎng)均為3m，邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)13.34m。0號(hào)塊橫隔板底面厚度250厘米、頂面厚度150厘米。另中跨跨中設(shè)置一道橫隔板。并且在橫隔板上均設(shè)有人洞。為保持箱內(nèi)干燥，在箱梁根部區(qū)段底板上設(shè)有排水孔。箱梁采用C55混凝土。
圖1箱梁典型斷面構(gòu)造圖（單位：cm）
4.2 箱梁預(yù)應(yīng)力體系
結(jié)合結(jié)構(gòu)分析和工程經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)人員對(duì)主橋上部結(jié)構(gòu)按全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)，采用三向預(yù)應(yīng)力。W1~W20(W1’~W20’)及T1～T21(T2’~T18’)及PT為單T懸澆段頂板束及預(yù)留管道（每個(gè)T相同），ST1~ST2為邊跨現(xiàn)澆段頂板束，CT為中跨合攏段頂板束。SB1～SB7及PSB為邊跨底板束及預(yù)留束，CB1～CB13為中跨底板束，預(yù)應(yīng)力束布置圖見(jiàn)圖2。
圖2縱向預(yù)應(yīng)力束布置立面圖（單位：cm）
縱向預(yù)應(yīng)力鋼束共設(shè)置了腹板束、頂板束、中跨底板束、邊跨底板束、合攏束和預(yù)備束共六種，均采用兩端張拉，腹板束、頂板束和預(yù)備束采用φS15.2－19和φS15.2－15，相應(yīng)錨具采用M15-19型和M15-15型；中跨底板束和合攏束分別采用φS15.2－22和φS15.2－6，相應(yīng)錨具采用M15-22型和M15-6型。邊跨底板束采用φS15.2－15和φS15.2－19，相應(yīng)錨具采用M15-15型和M15-19型。預(yù)備束孔位預(yù)留，鋼束根據(jù)施工情況予以設(shè)置。
頂板橫向預(yù)應(yīng)力束采用φS15.2-2，逐根張拉，設(shè)計(jì)張拉噸位195.3kN，采用一端張拉方式，相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力錨具張拉端和錨固端分別為M15B-2，沿橋軸線50厘米左右間距布置，張拉端和錨固端交叉設(shè)置。
0號(hào)梁段橫隔板、邊跨端部橫隔板橫向預(yù)應(yīng)力筋采用JL32，設(shè)計(jì)張拉噸位673.2kN，采用一端張拉方式，相應(yīng)錨具為YGM-32。
豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋長(zhǎng)度大于9米的采用φS15.2－2，設(shè)計(jì)張拉噸位391.1kN，相應(yīng)錨具采用M15B-2型（張拉端）和M15P-2（錨固端），預(yù)應(yīng)力鋼筋長(zhǎng)度小于9米的采用JLl32精軋螺紋粗鋼筋，設(shè)計(jì)張拉噸位673.2kN。相應(yīng)錨具為YGM-32，豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋采用梁頂一端張拉方式。
4.3 下部構(gòu)造
主橋橋墩墩身采用兩端剛性固接的鋼筋混凝土雙柱式柔性墩，縱向由兩片薄壁墩組成，墩間設(shè)置橫系梁，每片薄壁墩的下段為矩形實(shí)心截面，上段為矩形空心截面，橫橋向?qū)?.0m，順橋向厚2.8m，兩片墩間凈距為5.4m，墩身外側(cè)距離11.0m。主引橋間過(guò)渡墩為鋼筋混凝土墻式墩、樁基礎(chǔ)，承臺(tái)厚5m，每個(gè)承臺(tái)下布置3x4=12 根樁，樁徑2.3m，嵌入微風(fēng)化基巖15m以上。主橋墩身采用C50混凝土，過(guò)渡墩墩身采用C30混凝土。
5.結(jié)構(gòu)計(jì)算
5.1 主橋縱向受力計(jì)算
主橋施工及運(yùn)營(yíng)階段的縱向受力計(jì)算采用《橋梁博士V3.03》主算，《公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)GQJS V9.2》校核計(jì)算，動(dòng)力及抗震分析采用ANSYS軟件。施工流程為：下部結(jié)構(gòu)施工完成后，在墩旁托架上澆筑0號(hào)塊，其余塊件（除合攏段及邊跨現(xiàn)澆段外）均以掛籃懸臂對(duì)稱澆筑，并張拉各階段預(yù)應(yīng)力鋼束，直至最大懸臂；然后按先邊跨后中跨的順序依次合攏；最后進(jìn)行橋面系施工。按此流程逐階段計(jì)算結(jié)構(gòu)各截面內(nèi)力、應(yīng)力和位移，每個(gè)懸臂的施工包括掛籃就位、梁段澆筑、張拉預(yù)應(yīng)力及掛籃前移等4個(gè)子階段。成橋運(yùn)營(yíng)計(jì)算包括恒載、活載、支點(diǎn)沉降及溫度等工況，按新規(guī)范進(jìn)行最不利荷載組合。
計(jì)算參數(shù)：合攏溫度為15℃，體系升溫25℃，體系降溫20℃，箱梁頂板升溫15℃及頂板降溫8.8℃。不均勻沉降按10mm計(jì)算。
計(jì)算結(jié)果：在最不利荷載組合下，箱梁上緣最小應(yīng)力為壓應(yīng)力1.34MPa，箱梁上緣最大應(yīng)力為壓應(yīng)力17.5MPa；箱梁下緣最小應(yīng)力為壓應(yīng)力1.71MPa，箱梁下緣最大應(yīng)力為壓應(yīng)力14.6MPa。計(jì)算表明，主梁截面抗裂驗(yàn)算、抗壓驗(yàn)算、承載能力強(qiáng)度驗(yàn)算等均滿足規(guī)范要求。
5.2 主橋橫向計(jì)算
箱梁橫向按框架計(jì)算，分別取根部、1/4L以及跨中斷面建立計(jì)算模型?；钶d按最不利情況分別在頂板跨中和挑臂根部布載計(jì)算內(nèi)力。經(jīng)計(jì)算，橫向預(yù)應(yīng)力采用Φj15.24mm的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，BM15-3扁錨體系，設(shè)計(jì)單根張拉噸位169kN，采用單端張拉方式。
6.設(shè)計(jì)特點(diǎn)
從上世紀(jì)七十年代始，連續(xù)剛構(gòu)橋在我國(guó)橋梁界得到推廣，跨徑越來(lái)越大，結(jié)構(gòu)體系構(gòu)造措施日趨合理完善，本橋的主跨跨徑和橋梁長(zhǎng)度已在國(guó)內(nèi)同行業(yè)中處于前列。從已建連續(xù)剛構(gòu)橋使用運(yùn)營(yíng)情況來(lái)看，病害不時(shí)出現(xiàn)，主要是主跨跨中的下?lián)?，以及存在一些裂縫，尤以斜裂縫為普遍。雖然不至于影響結(jié)構(gòu)正常使用，但裂縫的長(zhǎng)期存在必將影響結(jié)構(gòu)的耐久性能。我院設(shè)計(jì)人員根據(jù)業(yè)內(nèi)資料分析，在設(shè)計(jì)中采取了相應(yīng)對(duì)策：
?、胚m當(dāng)延長(zhǎng)箱梁節(jié)段施工周期以減小混凝土后期徐變。規(guī)定所有預(yù)應(yīng)力施加都應(yīng)該在箱梁混凝土養(yǎng)護(hù)齡期不小于5天進(jìn)行，每個(gè)節(jié)段的完整施工周期為10天。
⑵增大跨中預(yù)拱度的設(shè)置。影響梁的撓度因素較多，且有不確定性及長(zhǎng)期性，因此收縮、徐變完成按10年考慮。
?、钦_布置預(yù)應(yīng)力束，尤其是彎起束以確保有效的預(yù)應(yīng)力。本橋設(shè)計(jì)中從根部到接近跨中都設(shè)置了彎起預(yù)應(yīng)力束，且針對(duì)布置下彎束和不布置下彎束2種情況進(jìn)行了對(duì)比計(jì)算，計(jì)算表明布置了下彎束后可有效減小截面的主拉應(yīng)力，提高箱梁斜截面的抗剪承載力。
⑷中跨跨中設(shè)置了1道厚0.6m的橫隔板，能有效抵抗底板縱向預(yù)應(yīng)力束產(chǎn)生的徑向力，避免跨中底板產(chǎn)生縱向裂縫。
貴陽(yáng)市黔靈大橋是目前國(guó)內(nèi)市政工程中較大的特大型連續(xù)剛構(gòu)橋梁。通過(guò)先進(jìn)的計(jì)算分析和有關(guān)的課題研究，精心設(shè)計(jì)，努力創(chuàng)新，使該橋上下部結(jié)構(gòu)尺寸合理、比例協(xié)調(diào)，全橋氣勢(shì)宏大，莊重沉穩(wěn)又不失輕盈美觀，符合安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、美觀的原則，現(xiàn)已竣工通車。相信本橋的成功建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，將對(duì)我國(guó)國(guó)內(nèi)同類橋梁建設(shè)提供有益參考。
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