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）