东莞市石龙镇南三桥主桥V型墩连续刚构设计体会

2007年第l期 广东公路交通Gu舳gDoIlgGonghJi舯，rong 总第98期 文章编号：167l一7619(2007)01—0035—03 东莞市石龙镇南三桥主桥V型墩 连续刚构设计体会 苏高裕 (广东省公路勘察规划设计院，广州510507) 摘要：东莞市石龙镇南三桥主桥为加m+2×73．5m+40m预应力砼V型墩连续刚构桥，属于较小跨径的V型墩刚 构桥，其结构设计、计算分析均有独特之处。通过介绍东莞市石龙镇南三桥主桥的结构设计特点，总结设计体会。 关键词：V型墩；连续刚构；结构设计；设计体会 中图分类号：U448．23 文献标识码：B O概述 东莞市石龙镇南三桥主桥为40m+2×73．5m +40m四孔预应力砼V型墩连续刚构，分幅布置， 桥面总宽为25。Om，设双向四车道、两侧非机动车 道及人行道。主桥下部结构为V型实心墩、钻孔 灌注桩基础。设计荷载：汽车一超20级，挂车一 120，人群荷载3．5kN／m2；地震基本烈度为6度，按 7度设防。主桥桥型布置图见图l。 图l主桥桥型布置(单位：啪) 1主桥结构设计 1．1箱梁构造特点 箱梁采用单箱单室直腹式断面。箱梁顶板宽 12．5m，底板宽6．9m，桥面横坡由顶板斜置形成。箱 梁顶板、底板、腹板的设计均兼有其他同类型桥梁的 优点，并且结合本项目由开始就具有的特点及 本桥采用的钢束布置情况，从受力、构造、施工等方 面综合比较后选择了如下的尺寸参数：梁高在主墩 的两个V型墩身之间采用等高，截面高度为3．4m， 跨中截面高度为1．8m。腹板厚度采用40cm、60cm 两种，底板厚从主墩V型墩身处的50cm变化到跨 中的25cm，顶板厚悬臂板端沿横向由18cm变化到 60cm，箱内沿横向由60cm变化到40cm再变化到 20cm。箱梁的梁高及底板厚度均采用二次抛物线 进行变化。为了满足施工，主墩顶的横隔板处均设 置有人洞。箱梁标准断面图见图2。 圈2箱梁标准断面图(单位：锄) -35· 万方数据 2007年第l期 广东公路交通 总第98期 1．2箱梁预应力体系、钢束布置 本桥采用三向预应力体系，为施工方便纵向 预应力尽量少采用多种型号的预应力钢索。本桥 的纵向预应力采用了标准强度为l860MPa的直径 15．24mm高强度、低松弛钢绞线，共采用了15—9 型、15一12型、15—15型三种预应力钢索。其布置 时使钢束尽量靠近腹板，使钢束能够尽量发挥其 力学效能。 横向预应力的设置基于本桥的人行道及栏杆 特点而采用的安全储备。横向采用标准强度为 l 860MPa的直径15．24岫高强度、低松弛钢绞 线，为15—2型钢束，间距为70cm，采用单端张拉， 张拉力为391kN。 竖向预应力采用标准强度为750MPa的直径 25mm冷拉Ⅳ级粗钢筋，锚具采用YGM锚具。竖 向预应力均设置在腹板内，采用二次张拉工序，以 能更好地发挥其抗剪及降低箱梁的主拉应力功 能。 1．3箱梁的施工工序 箱梁除每个V型墩身间的0’块梁段采用托架 现浇施工外，l’～8’块均采用悬臂浇筑施工，分块 长度分别为3．Om、4．0m、4．25m，悬臂最大分块重 量为839kN。中跨合拢段长为2．Om，边跨合拢均 采用导梁一次浇筑施工。 施工顺序为：先完成各T悬臂施工，然后进行 边跨合拢，再进行中跨合拢，最后进行桥面系施 工。 1．4主桥下部构造特点 主桥主墩采用V字型墩身，每个V型墩身中 心线与垂线的夹角从33．4470一27．6620，V型墩身 厚度采用等厚处理，均为1．4m，每个V型墩身高 度由于纵坡的影响均不相同。主墩承台厚度采用 3．om，每个主墩承台配4根直径为1．8m的钻孔灌 注桩基础。主墩的墩身均配置预应力钢索，采用 标准强度为1860MPa的直径15．24mm高强度、低 松弛钢绞线，为15—9型及15一15型钢束。主桥 过渡墩采用双桩柱式桥墩。 2主桥结构计算分析 主桥纵向内力计算分析分为施工阶段和使用 阶段进行考虑。施工阶段分别计算施工过程中各 阶段在各种荷载作用下各截面的位移、内力及截 面的应力情况。施工阶段考虑了收缩、徐变、结构 自重、预应力、施工临时荷载、施工不平衡荷载、风 ·36· 恒载等荷载工况。使用阶段均考虑了收缩、徐变、 结构自重、预应力、活载、温度、沉降、制动力等工 况，并且其根据要求进行各种荷载工况的组 合。通过结构计算分析，主桥的箱梁设计为全预 应力结构，其受力及位移、主墩的受力等均能满足 规范的要求。 3主桥经济指标 主桥经济指标列于l。 表1主桥经济指标表(每m2桥面) 4设计体会 4．1 V型支撑刚构桥梁的主要优点 (1)桥梁的上部受力可更趋于合理。因为有 V型支撑的桥梁与没有V型支撑的桥梁相比，跨 径可以减少，负弯矩值可以大大减少，负弯矩的大 小相当于跨中两个V型墩身间梁长的连续梁弯矩 值，与此同时，其正弯矩值也有所减少。 (2)桥梁的整体刚度可以大幅度地提高。特 别对于桥墩较高的桥梁，由于V型支撑的存在，大 大地加大了支点附近梁的刚度，并相应减小了跨 径，使得结构的挠度减少。与此同时，由于V型支 撑的存在，加大了墩身刚度从而也可使桥梁的纵 向刚度增大。 (3)桥墩较高的桥梁其结构尺寸可以明显减 小。由于V型支撑结构可大大减少负弯矩，增大 桥梁的整体刚度，因此构件的截面尺寸均可减少， 从而可以在一定程度上节约材料用量，减少投资。 从国内桥梁的统计资料看，V型刚构桥梁的梁高及 跨径比的情况如下：V腿处的梁高一般为跨中两V 腿间梁长的l／17—1／2l(南三桥设计为l／17．2)， 跨中梁高一般为跨中两V腿间梁长的l／20—1／34 (南三桥设计为l／32．5)。可见，综观整体桥梁的 建设，如桥梁长度较长，有目的地把主桥设计成V 型支撑的桥梁则可以降低截面高度，就可以整体 降低线路的设计高度，从而可以降低桥墩高度并 减少桥梁建设长度，在一定程度上节约工程投资， 达到降低工程造价的目的。 (4)有V型支撑的桥梁均比较轻盈美观。带 万方数据 2007年第l期 苏高裕东莞市石龙镇南三桥主桥V型墩连续刚构设计体会 总第98期 有斜向支撑的桥梁，结构除水平线条之外，还存在 倾斜线条，加上总体尺寸均较小，使得桥梁显得轻 盈美观，尤其适合城市和景观要求较高的地区采 用。结合南三桥的周围环境与已建桥梁形式，此 桥建成后将成为石龙镇的标志性建筑，为其发展 增添一美景。 4．2V型支撑刚构桥梁相对的不利方面 (1)桥梁结构较为复杂，V型墩间的墩梁结构 均较复杂。 (2)桥梁的整体刚度太大时会对结构受力不 利，从而造成本身的投资反而加大。V型墩的墩身 厚度均须选取恰当，不宜过大，墩高不宜太矮，跨 径不宜太小，连续跨径不宜太多。墩身过厚、墩高 小、跨径小、分跨多均会造成桥梁结构的温度内力 过大，考虑基础沉降时结构的次内力又大大增加， 从而使得上部设计与下部设计的付出均大大增 加，造成桥梁投资不经济。从南三桥的设计情况 分析看，其墩高均较矮(纵坡影响在桥梁的前后两 端墩均最矮)，桥梁分为四跨且三个V型墩均固 结，只有边墩设置滑动支座，计算分析发现结构对 温度、收缩徐变、沉降工况非常敏感，从而造成本 桥的设计经济指标稍微偏高。 (3)V型墩的施工比较麻烦。V型墩的施工 均是此类桥梁的难点之一，但综合国内外施工经 验，其可以采用劲性骨架、支模浇筑、粗钢筋对拉 等方法进行施工，有些桥梁还可搭设临时支架进 行浇筑。随着施工技术的发展，这些均是不难解 决的问题。 4．3几点建议 综合V型支撑刚构桥梁的一些优点及其不利 方面，我们设计时可以结合桥位地质、地形、墩高、 跨径以及景观要求等因素进行一些结构体系上的 转变，使结构受力趋于最合理，并且使此类桥梁结 构的整体投资最经济。 (1)如墩高较矮，桥下又无洪水浸没要求，则 可以在V型墩下设置支座，使V型墩与梁形成连 续梁体系。其与V型刚构相比，温度、收缩和徐变 内力均较小，但须设置支座，其维修与更换麻烦， 对有些桥梁，还须采用V型墩的临时固结装置，待 梁合拢后作体系转换。 (2)如墩较高或容许洪水淹没，则一般把桥梁设 计成为V型连续刚构桥。此种形式也是较多采用的 桥梁型式，也是V型支撑桥梁结构的发展趋势。 (3)在V型支撑形式的桥梁中，如桥梁跨数较 多时，可以使桥梁形成V型支撑连续刚构和连续 梁体系，中间为连续刚构，两边在V型墩下设置支 座。这种结构形式大大减少了温度内力。 (收稿日期：2006一07—23) 电矿1‘驴、矿、妒、垆、护、驴、喀、司争电P'矿、驴、舀、硒^趔^《争1‘驴、霉、移、矛、疹、西h面^《≯《穸、多、护、口、彩、西^翻^司争q尹、矿、乎、喀h田’q尹、劳、廖卜簖、西、西Kd争电争 (上接第34页) (4)采用u形预应力钢束能较好地满足设计 要求，使索塔锚固区整体处于较合理的压力状态 之下，消除了拉索作用下顺桥向塔壁的拉应力。 参考文献： [1]刘应贵．环向预应力体系在索塔中的应用及其试 验研究[D]．西南交通大学硕士学位，2002． [2]梁柱，叶贵如．跨金华江斜拉桥索塔锚固区应 力仿真分析[J]．铁道建筑，2004，(11)：16—18． [3]邵旭东，曾田胜，李立锋，彭旺虎．斜拉桥预应 力索塔优化布束方式研究[J]．中国公路学报，2001， (2)：1～4． (收稿日期：2006—10—12) Str嘲Analysisof，11leCableTo骶rAnch哪geZoneofCllaHeCable—Stayed BridgehIShanDongProViIlce ZHoUh—P讯g (Gu跏gDong跏、rincialHigllwayCo璐tmctionCompaIIyGuaIlgzhouCity510600) Abstmct：U8ingl盯ge一∞alefilliteelement舳alysis80ftwareANSYS，tllePCb假tow盱w鸪彻．alysi∞d．Adoptingcon- cretele啪mSOUD65如db盯el锄entLINK8，tIletowerandtllepres骶8ingforcecablew啪si呲lated．Accordingto realst】眦reshape，tllemodel《anchc啊唱ezonew鹪created啦d船c0一ingtotherealworkcondition0ftIletow镪，‰ 8n_iessValueofcharacteri8ticpointswe弛obtained．Alltlleres山twerevaluabletothedesign觚dc明stnlction． 1【eywords：Cable一8tayedbridge；necabletower锄chorage舶ne；stres8 ·37· 万方数据 东莞市石龙镇南三桥主桥V型墩连续刚构设计体会 作者： 苏高裕， SU Gao-yu 作者单位： 广东省公路勘察规划设计院,广州,510507 刊名： 广东公路交通 英文刊名： GUANGDONG HIGHWAY COMMUNICATIONS 年，卷(期)： 2007(1) 被引用次数： 3次 本文读者也读过(10条) 1. 彭文成 V型墩连续刚构主墩底水平力和弯矩的计算分析[期刊论文]-交通科技2004(4) 2. 倪全.宋连林.饶中 装配式T梁连续刚构桥设计[期刊论文]-公路2008(7) 3. 赵顺波.刘世明.杨竹林.杨建中.ZHAO Shun-bo.LIU Shi-ming.YANG Zhu-lin.YANG Jian-zhong V型墩连续刚架 桥的造型与结构方案设计研究[期刊论文]-河南大学学报（自然科学版）2010,40(1) 4. 张泽明 V型墩连续刚构桥设计体会[期刊论文]-城市建设2010(7) 5. 苏高裕 东莞市石龙镇南三桥主桥V型墩连续刚构设计[期刊论文]-广东公路交通2004(z2) 6. 人物介绍[期刊论文]-地震研究2011,34(1) 7. 余静.YU Jing V形墩连续刚构桥的设计[期刊论文]-北方交通2009(9) 8. 景何仿.尤传华.李春光 广义周期Jacobi矩阵的逆特征值问题[期刊论文]-兰州大学学报（自然科学版） 2005,41(3) 9. 黄柯 硫化氢浓缩塔地震响应有限元分析[学位论文]2009 10. 龙信桥 铁路客运专线V型墩施工及其受力研究[期刊论文]-建筑2006(16) 引证文献(3条) 1.张泽明 V型墩连续刚构桥设计体会[期刊论文]-城市建设 2010(7) 2.余静 V形墩连续刚构桥的设计[期刊论文]-北方交通 2009(9) 3.沈波 超短边跨Ⅴ型刚构桥的设计及施工[期刊论文]-中国市政工程 2009(1) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_gdgljt200701009.aspx