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滁州市明光路跨线桥大跨度异形框架墩设计.doc

1、滁州市明光路跨线桥大跨度异形框架墩设计摘要:结合明光路跨线桥框架墩的设计,通过方案设计和对异形大跨径框架墩的构造形式进行了分析,并针对异形大跨径框架墩的在设计中遇到的问题进行了研究,提出了一些方法,希望对同类型结构设计有一定的参考意义。 关键词:异形框架墩、偏载、大跨径 中图分类号: TU997 文献标识码: A 一、项目概况 滁州市明光路跨线桥(明光路扬子路)工程系大型高架桥工程,工程总投资 2.3 亿元人民币。项目西起定远路,向东跨越紫薇北路、铁路货场线、京沪铁路、清流河、规划滨河路,至扬子路,道路全长约1.411km。其中桥梁全长 1.137 km,桥宽 32.5m,按照双向 6 车道城

2、市主干路的标准建设。是连接市区与城东的主干通道,将改善滁州市城西老城区与城东新区的路网结构,解决京沪铁路和清流河对滁城的交通阻碍,对缓解滁城的交通压力意义重大,本项目已于 2011 年 9 月 7 日通车,通车两年多来运营状况良好,本项目于 2013 年荣获北京市第十七届优秀工程设计三等奖。 图表 1通车图片 二、方案设计 本项目在桥区范围内跨越障碍物较多,考虑工期、场地及施工方案等因素,对跨越紫薇北路、清流河两个节点处由于跨度较大,采用现浇变截面混凝土连续梁,跨越货场线及京沪线处铁路较为集中,与铁路的交角为 1080,且跨越范围约 220m 长,范围较大。考虑转体施工投资较大、且场地条件不允

3、许,结合工期等因素最后决定采用下部结构跨越铁路,上部结构 30m 和 40m 的标准预制箱梁,下部根据铁路与墩位的关系,通过灵活设置异形预应力框架墩,来实现跨越多股铁路。其中913 号桥墩为异形预应力盖梁,采用单侧大挑臂,大间距墩柱,个别设置异形承台的方式来跨越铁路设施。 图表 2异形框架墩基础布置平面图 三、结构设计 13 号墩为中墩,共设置两个墩柱,柱间距 28.5m,墩柱高 7.8m,墩柱尺寸 2.0x2.0m,上部结构为 10 片 40 米预制先简支后连续小箱梁,盖梁全长 40.25m,单侧悬臂长 10.25m,墩柱处盖梁高 3.2 米,跨中盖梁高2.7 米,端部梁高 1.5 米,盖梁

4、宽 2.2 米,盖梁钢束配置采用 15 根19s15.2 预应力束;承台由于临近铁路考虑现状铁路的影响,承台外形采用平行四边形,承台厚 3.5m,承台尺寸 11.0x7.1m(横向 x 纵向) ,纵横向夹角为 67.2,重载侧承台下接 6 根 1.6m 直径嵌岩桩,横向三排布置,每排间距 4.0m,空载侧承台下接 4 根 1.6m 直径嵌岩桩,横向两排布置,排与排间距为 8.0m,桩长均为 25m。 图表 3盖梁立面布置图 四、计算分析 结构计算采用桥博 V3.0 计算,按照平面杆系有限元模拟,用 TDV 软件进行复核,计算过程分别考虑了柱底固结及承台底弹性约束两种情况进行计算,同时对墩柱的混

5、凝土标号进行了 C50 和 C40 两种材料计算比较分析,当承台底弹性约束时,根据盖梁计算结果计算出承台底中心处的水平力 H、竖直力 P 和弯矩 M,根据每个承台的桩基布置情况计算出cc、 和 ,分别作为弹性约束中的竖直约束弹性系数、水平约束弹性系数、弯剪系数和转动约束弹性系数。 经计算偏载侧墩柱的等待约束刚度为: ccnPP11245454.39 nHH1263464.69 nMH-3981290.52nMM+PPKiXi2140335065.82 空载侧墩柱的等待约束刚度为: ccnPP7496969.59nHH905504.28 nMH-2785341.06nMM+PPKiXi21338

6、72227.09 把各弹性系数输入计算模型中,分别对两种约束和两种材料进行计算分析,并将计算结果分析后整理成表格如下: 荷载组合 墩柱底固结(墩柱身采用 C50 砼) 承台底弹性约束(墩柱身采用 C50 砼) 上缘最小 下缘最小 最小主拉 上缘最小 下缘最小 最小主拉 短期组合 0.365 0.216 -1.21 0.782 1.45 -1.22 长期组合 2.11 2.05 -1.08 2.18 2.43 -1.1 上缘最大 下缘最大 最大主压 上缘最大 下缘最大 最大主压 标准组合 13.8 13 13.8 13.3 11.8 13.3 图表 4不同约束情况对盖梁应力计算结果影响比较表(单

7、位:MPa) 墩柱底固结(墩柱身采用 C50 砼) 承台底弹性约束(墩柱身采用 C50砼) 上缘最大 下缘最大 上缘最大 下缘最大 0.193 0.0964 0.08 0 图表 5不同约束情况对墩柱计算结果影响比较表(单位:mm) 荷载组合 墩柱底固结(墩柱身采用 C40 砼) 墩柱底固结(墩柱身采用 C50 砼) 上缘最小 下缘最小 最小主拉 上缘最小 下缘最小 最小主拉 短期组合 0.382 0.249 -1.21 0.365 0.216 -1.21 长期组合 2.11 2.06 -1.08 2.11 2.05 -1.08 上缘最大 下缘最大 最大主压 上缘最大 下缘最大 最大主压 标准组

8、合 13.8 13 13.8 13.8 13 13.8 图表 6不同材料对盖梁应力计算结果影响比较表(单位:MPa) 墩柱底固结(墩柱身采用 C40 砼) 墩柱底固结(墩柱身采用 C50 砼) 上缘最大 下缘最大 上缘最大 下缘最大 0.183 0.0913 0.193 0.0964 图表 7不同材料对墩柱计算结果影响比较表(单位:mm) 经上表综合比较发现,墩柱底固结约束对盖梁及墩柱计算更为不利,同种约束情况下墩柱身混凝土采用低标号较为有利,故最后采用 C50 预应力混凝土盖梁、C40 墩柱、C30 承台及桩基,按照柱底固结约束情况进行模拟分析,经计算各项指标均能较好满足规范要求。 五、小结

9、 大跨度大悬臂预应力盖梁设计经验较少,尤其是在上部结构跨度达到 40m,同时一侧墩柱偏载较大的情况下,盖梁、墩柱及基础受力均不甚合理,设计中采用对构件计算要求较高的约束模式,在确保安全的前提下对墩柱身材料进行优化,同时根据两个墩柱竖向荷载差异较大,果断采用不等根数桩基,考虑现场铁路运输及施工安全要求,承台设置成平行四边形,确保基坑开挖到铁路的安全距离,由于荷载较大,盖梁跨径及悬臂较大,盖梁设置了较多的预应力,对墩柱产生较大的水平力,引起承台底的水平力和弯矩较大,为确保空载侧墩柱桩基不至于产生拉力,设计中果断拉开桩基间距等措施,对类似工程有一定的参考意义。 参考文献: 1.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 (JTG D622004) 2.公路桥涵地基与基础设计规范 (JTG D632007) 3.铁路桥涵地基和基础设计规范 (TB 10002.52005) 4.公路桥梁抗震设计细则 (JTG/T B02-012008) 5.公路桥涵设计通用规范 (JTG D602004) 6.公路桥涵钢结构及木结构设计规范 (JTJ 02586) 7.城市桥梁设计准则 (CJJ 1193)

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