V形墩连续刚构桥设计与分析

１１０桥梁结构　城市道桥与防洪　２０１４年８月第８期　Ｖ形墩连续刚构桥设计与分析　孙亚刚，匡虹桥，邢礼荣　’　（西安市政设计研究院有限公司，陕西西安７１００６８）　．　摘　要：涝河大桥是户县城市次干道漠陂路跨越涝河的控制性工程，是一座２８　ｍ＋４９．５　ｍ＋２８　ｍ跨度的ｖ形墩连续刚构桥。介绍了　该桥的工程概况、结构设计及总体计算内容，有关经验可供相关专业人员参考。　关键词：ｖ形墩；连续刚构；桥梁设计　中图分类号：．Ｕ４４８．２３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００９—７７１６（２０１４）０８—０１１０－０２　１概述　道；人群荷载：３　ｋＮ／ｍ　；　（３）桥面宽度：６　ｍ（人行道）＋１８　ｍ（行车道）＋６　ｍ　１．１工程概况　（人行道）＝３０　ｍ；　涝河大桥是户县城市次干道漠陂路跨越涝河　（４）地震：设防烈度７度，地震动峰值加速度　的控制性工程，对缓解滨河新区过河通道交通压　０．１５ｇ。　力，加速新区发展，将发挥极其重要的交通走廊作　用。在充分考虑桥位特点、通航要求、桥型与周边　２桥梁设计　环境协调等因素后，确定采用Ｖ形墩连续刚构桥，　全桥采用２８　ｍ＋４９．５　ｍ＋２８　ｍ一联的现浇变截　儿ｎ图１。　面预应力混凝土Ｖ形墩连续刚构。上部结构横断　面形式为分离式双箱双室截面，全宽３０　ｍ。桥型布　置及横断面见图２、图３。　图１涝河大桥建筑整体效果图　桥梁全长１１０．５　ｍ，桥面宽度３０　ｍ。　圈２桥型布置圈（单位＂ｃｍ）　１．２基本建设条件　１，２跨中截面１：ｌＯＯ　３００ｏ　１，２桥墩截面１：ｌＯＯ　（１）气象。桥位处属暖热带半湿润大陆性季风　气候区，四季冷暖干湿分明，年平均气温１３．５℃，　１　人行道　。　行丰道　人行道Ｊ　极端最高气温４３．０ｏＣ，极端最低气温一１６．９℃。年　—］ｒ，　］厂　］厂　～　厂　］ｒ　］　平均相对湿度７０％左右。　２５０．　１Ｏ５０　．２００　２００　－黑。　（２）水文。所处河流坡降较小，河床比降１．５‰，　桥　流水侵蚀作用弱。桥位处百年一遇设计洪水位　梁　Ｈ。ｏｏ＝４１０．５７　ｍ；一般冲刷深度３．２　ｍ，局部冲刷深度　中　心　３　ｍ。桥下不同航。　　Ｉ　Ｉ　ＪＩ　线　（）Ｊ　ｃｔｘ：Ｊ　）一　（３）地质。桥位处地貌属涝河河床及涝河一级　ｑ　ｒ　ｒ　　ｌＩ　Ｌ＿一Ｌ一　阶地。河床地层主要为细砂和粉质粘土。　１．３主要技术标准　图３标准横断面图（单位＂ｃｍ）　（１）设计洪水频率：１／１００；　主梁根部高度２．６　ｍ，主跨跨中及边跨支点梁　（２）设计荷载：汽车荷载：城＿Ａ级，双向４车　高１．５　ｍ，其间梁高按二次抛物线变化。Ｖ形墩墩　顶箱梁设１．５　ｍ宽的横梁，边跨支点设１．５　ｍ宽的　收稿日期：２０１４—０４—１４　端横梁。主梁顶板厚０．２４　ｍ；根部底板厚０．６　ｍ，主　作者简介：孙亚刚（１９７９－），男，陕西西安人，工程师，从事桥　梁的结构设计与结构理论研究工作。　跨跨中及边跨支点底板厚０．２２　ｍ，其间底板厚度　２０１４年８月第８期　城市道桥与防洪　桥梁结构１１１　跨跨中及边跨支点底板厚０．２２　ＩＴＩ，其间底板厚度　短期效应组合下应力Ｏ．５４　ＭＰａ，长期效应组合下　按二次抛物线变化；跨中腹板厚０．５　ｍ，边支点及　应力３．３７　ＭＰａ。　附近腹板厚０．８　Ｉｎ，中支点及附近腹板厚０．７　ｍ。为　（２）下部桥墩　．　减小应力集中，箱梁底面与Ｖ形墩斜撑间设圆弧　桥墩为偏心受压构件。墩顶截面最大裂缝宽度　过渡。　为０．０９　ｍｍ，墩底截面最大裂缝宽度为０．１１　ｍｍ。　分离式单箱每箱室底板宽１Ｏ．５　ｍ；外悬臂宽　４．３动力分析　２．５　ＩＴＩ，悬臂端部厚０．２　１ＴＩ，根部厚Ｏ．５　ｎｌ；内悬臂宽　（１）自振分析　２　１ＴＩ，悬臂端部厚０．３５　Ｉｎ，根部厚０．５　Ｉｎ。两幅箱梁　全桥前４阶模态自振频率和振型特性见表１。　中间设ｌｍ的后浇带，后浇带顶板厚度为０．３５　Ｉｎ。　表１全桥前４阶自振频率和振型特性　桥面横坡由桥墩横向变高形成，箱梁横向为等高　阶数自振频率／Ｈｚ自振周期，ｓ振型特性　度。箱梁顶板线形与道路竖曲线线形一致。　桥墩采用钢筋混凝土Ｖ形板式墩，单幅横桥　向宽１０．５　１ＴＩ，墩身厚１．１　１ＴＩ，Ｖ形墩夹角６０。。Ｖ形　墩与上部箱梁固结，桥台台帽与边跨箱梁间设圆　板式橡胶支座。桥台采用柱式台。　单幅桥墩基础采用６根直径１．５　Ｉｎ的钻孔灌　注桩，纵桥向呈两排布置。桩顶设钢筋混凝土承　台，Ｖ形墩固结于承台上，使上下部联结为整体。　承台厚２．５　Ｉｎ。承台顶设墩座，与Ｖ形墩固结。桥台　全桥前４阶模态自振振型见图５～图８。　基础采用直径１．５０　ＩＴＩ的钻孔灌注桩基础。　３施工方法　桥梁分上下行两幅桥分别施工。桥梁上部结　图５　１阶振型图　构采用支架现浇法施工，一次落架成桥，再依次浇　筑桥面铺装和安装人行道、栏杆等。　４计算分析　４．１计算模型　图６　２阶振型图　采用空间程序ＭＩＤＡＳ／Ｃｉｖｉｌ　２０１２建立有限元　结构模型进行整体分析计算。上部主梁、下部ｖ形　桥墩均采用空间梁单元进行模拟，下部群桩采用　百形双梁等效子结构模型模拟。结构离散图见图　４，共划分为１０６个单元，１１７个节点。　图７　３阶振型图　图４结构离散图（单位：ｃｍ）　４．２静力分析　（１）上部主梁　中跨跨中截面最大正弯矩组合值５６　５６７　ｋＮ・　１ＴＩ，对应的极限抗力值为６５１　６９　ｋＮ・ｍ；Ｖ形墩墩　顶截面最大负弯矩组合值一９４　９４７　ｋＮ・ＩＴＩ，对应的　极限抗力值为一１４１　３８９　ｋＮ・１ＴＩ。　中跨跨中截面短期效应组合下应力１．１８　ＭＰａ，　长期效应组合下应力４．８１　ＭＰａ；Ｖ形墩墩顶截面　图８　４阶振型图　（下转第１１５页）　２０１４年８月第８期　—————————————————————————————～城市道桥与防洪　，　桥梁结构１　５５　从计算结果ｒ　ｆ以看ｊＩ；：陔桥拱肋施Ｔ各阶段其侧向失稳的稳定安全系数均较大，最小值达到　了７．４７，成桥状忿及运盼状态侧向欠稳的稳定安　全系数均大于４、、　用ＡＮＳＹＳ汁箅软基复核稳定性汁箅结果见图　１８、　１９　圈１９运雷阶段汽车荷载加载横向稳定分析结果　利倚载组合Ｔ况分析，主拱肋、吊杆等关键受力构　件受力指标均能满足相关规范要求　（２）不可忽视台风高发地区风力作用对结构的　效应。　图１８恒载阶段横向稳定分析结果　（３）建立动力分析空问模型，进行动力特性验　算，该桥整体结构体系较为合理。　（４）大跨径钢管混凝土拱桥由于＿呵内刚度较大，　失稳模态主要以面外侧向失稳为主；大跨径拱桥　的稳定性是控制设计的最重要因素。　参考文献　恒载阶段横向稳定分析结果：稳定系数５．５６９。　运营阶段汽车倚载加载横向稳定分析结果：稳定　系数４．８４６８＞４，满　规范一　求：　６结论　本文以汀南火侨为背景，进行ｌ＿ｒ　Ｊ’中承式钢管　混凝土拱桥的仝问静力分析、动力特性分析及稳　定性分析。分析结果表ｆ１ＪＪ：　…李周豪．桥梁结构稳定与振动（Ｍ］（修汀版）■Ｅ京：中国铁道出版　社．２００３．　（１）借助　有限元，对汀南大桥主桥施Ｔ过　程及运营阶段进行静力分析，对运背阶段各最不　［２１陈宝锌．钢管混凝土拱桥设汁　』施丁【Ｍ］．北京：人民交通　版社，　１９９９．　［３】韩林海，等．钢管混凝¨ｆ：结构ＩＭ１一Ｅ京：科学出版社，２０００．　’　－＇，　●，’　’’，　，＇ｌ　，，＇　＇’，　＇＇＇ｌ＇，＇　＇＇’，’＇，＇＇＇＇＇＇＇’＇，，ｌ，Ｉ＇，　，，，　，，，，，，，　，，，，，，Ｉ●，，ｌ，ｌ，，，●，，，，　（上接第１　１　１页）　（２）抗震分析　采用反应谱法，分别进行Ｅ１地震作用和Ｅ２　地震作用下结构抗震分析验算。根据桥梁结构特　点，主要对桥墩进行抗震验算．　经过计算，存Ｅ１地震作用和Ｅ２地震作用下，　桥墩均处于弹性　状态，且受力满足要求。　动感，对于水位比较稳定的河段，其效果更加明　显，呵以有效避免结构景观的雷同；与相同跨径的　连续刚构桥木｝１比，它缩短了计算跨径，降低了梁　高，节省　程材料，外观上更轻巧美观。　涝河桥建成后．将不但发挥两岸交通通道作　用，更将会成为滨河新　一道美丽的风景。　参考文献　５结语　Ｖ形墩连续刚构桥线条活泼、造型美观、富于　［１１　文涛川构一连绒！１＝Ｉ【＿合梁桥【　一Ｅ京：人民交通出版社，１９９５　［２　Ｊ邬晓光　等．刚　轿㈨１一Ｅ京：人ｆ　交通出版　ｆ　，２００２．