承(德)-秦(皇岛)出海公路工程南寨大桥分联处桥墩设计技术分析

维普资讯 http://www.cqvip.com 公路交通技术２００７年６月　第３期Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｈｉｇｈｗａｙ　ａｎｄ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　Ｊｕｎ．２ＯＯ７　Ｎｏ．３　承（德）一秦（皇岛）出海公路工程　南寨大桥分联处桥墩设计技术分析　吴文彬　（秦皇岛市公路勘测设计所，河北秦皇岛Ｏ６６ＯＯ０）　摘要：介绍承秦出海公路双牛段南寨大桥分联处桥墩的设计情况，从结构计算和设计理论方面分析设计思路，对　设计效果进行评价，对设计中的经验和教训进行总结。　关键词：结构计算；分联处桥墩；设计；技术总结　文章编号：１ｏｏ９一￣（２ｏｏ７）ｏ３—００７８—０３　中图分类号：１３４４３，２２　文献标识码：Ａ　Ｃｈｅｎｇｄｅ—Ｑｉｎｇｈｕａｎｄａｏ　Ｓｅａ—ｇｏｉｎｇ　Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ　Ｐｒｏｊｅｃｔ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ｐｉｅｒ　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｔ　ｔｈｅ　Ｊｏｉｎｔ　ｏｆ　Ｎａｎｚｈａｉ　Ｂｒｉｄｇｅ　￡％ｒ　Ａ１）ｓｌｒａｃｔ：ＴＥｉｆｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｄｇｅ　ｐｉｅｒ　ａｔ　ｔｈｅ　ｊｏｉｎｔ　ｏｆ　Ｎａｎｚｈａｉ　Ｂｒｉｄｇｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｓｈｕａｎｇｎｉｕ　ｓｅｇｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｈｅｎｄｅ—ＱＣｇｎｈｕａｎ￣ａｏ　ｓｅａ—ｇｏｉｎｇ　ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ．Ｉｔ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｎｇ　ｃｏｎｃｅｐｔ　ｉｎ　ａｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　ｓｔｕｒｃｔｕｒａｌ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｎｇ　ｔｈｅｏｒｙ，ａｌｓｏ　ｉｔ　ｍａｋｅｓ　ａｎ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｎｇ　ｒｅｓｕｌｔ　ａｎｄ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｌｃｅｔｕｒｅｓ　ｉｎ　ｄｅｓｉｇｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；ｂｒｉｄｇｅ　ｐｉｅｒ　ａｔ　ｔｈｅ　ｊｏｉｎｔ；ｄｅｓｉｇｎ；ｔｃｅｈｎｉｃａｌ　８ｕｌｎｎ３ａｌ＇ｙ　独柱点铰支承是多跨连续梁广泛采用的一种支　ｍ；分联处设预应力隐盖梁，盖梁高度０．７１　ｍ，下接　承结构，适用于斜跨河流、减少占地或受空间等　承台，基础为直径１．２　ｍ的钻孔灌注群桩。桥梁设　情形。由于这种结构对上部构造没有或只有很小的　计荷载为汽车一２０级，挂车一１００，地震烈度按７度　抗扭约束，使得空间受力趋于复杂，设计时若考虑不　设防。　周或计算方法不当，有可能导致梁体侧倾、盖梁开裂、　南寨大桥由秦皇岛市公路勘测设计所联合北京　局部失效等质量缺陷，不得不采取措施及时补救。　国道通设计研究院进行设计，由铁道部第十八工程　本文就承秦出海路南寨大桥ＰＣ箱梁独柱点铰　局第五工程处负责施工。由于该桥结构复杂，在秦　支承在设计中不能满足汽车偏载作用而在施工过程　皇岛地区采用同类型桥梁又是第一次，施工工期又　中对分隔墩（多跨中间非连续墩）进行变更设计加固　紧，同时也是双牛段控制工程进度的一项重要工程，　实例，对设计中容易出现的问题和加固技术进行较　故设计单位非常重视，在施工前期就成立了设计代　详尽的阐述。　表组，以便及时发现并解决工程实施中的技术问题，　确保工程质量。　１南寨大桥简介　南寨大桥位于承秦出海公路双牛段Ｋ３３＋２８６　２课题的弓ｌ出　处，跨越起河。桥梁全长４５６　ｍ，宽度为净９＋２　Ｘ　南寨大桥桥墩全部设计为圆形独柱墩，主要考　０．５　ｍ防撞护栏，路线前进方向接南寨Ｉ号隧道。由　虑减少桥墩阻水有利于排洪，同时适当照顾美观要　于该桥位于半径分别为６００　ｍ和８００　Ｉｎ的２个平曲　求。　线上，且桥梁中线与河道斜交２８。，为使结构布局合　施工单位根据以往施工经验提出应采取钢板箍　理并方便施工，桥梁上部结构采用３联各５孔跨径　包柱的方法加强独柱的刚度和防漂浮物撞击的能　３０　ｍ预应力混凝土现浇连续箱梁，箱梁横断面型式　力。业主单位也提出因独柱高度较大（最高达ｌ８．５　为单箱双室；桥墩设计为圆形独柱墩，独柱直径１．５　ｍ），为确保安全可靠，要求对该桥进行复核计算。　收稿日期：２０∞一１１—２７　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第３期吴文彬：承（德）一秦（皇岛）出海公路工程南寨大桥分联处桥墩设计技术分析　７９　或实体墩柱。为与联间桥墩的圆形独柱外观协调一　３计算和分析　致，采用圆端的矩形实体墩为宜。　３．１桥墩高度　３．３分联处桥墩盖梁　南寨大桥墩高较大，从７．８　ｍ到ｌ８．５　ｍ不等，　设计中分联处桥墩采用了厚度７１　ｅｍ的预应力　又采用了独柱结构，所以从视觉上给人一种纤细、不　隐盖梁，系借鉴了北京市及河北省等多处桥梁成功　稳定感，但事实上因为柱内钢筋的加强及联间中墩　的设计经验，同时也为减少桥墩阻水并使桥梁总体　承受较小的横向偏载，除分联处外的独柱刚度、强度　轻盈美观。　和稳定性均能满足要求。现以第二联的６　墩为例，　同济大学桥梁设计研究院（设计复核单位）对分　给出桥墩刚度和强度的计算结果。　联处桥墩进行计算后提出：在恒载作用下盖梁纵桥　（１）墩顶水平力　向强度可以满足要求，而横桥向５　墩荷载弯矩已接　表１墩顶水平力　ｋＮ　近截面强度，ｌ０　墩已出现拉应力；恒载加活载作用　下，承载能力更显不足。因此两桥墩盖梁应予加厚　以提高强度。其计算结果见表２。　经过认真研究该计算结果及所提建议，对于南　（２）墩顶位移　寨大桥５　、ｌ０　墩上缘出现的拉应力虽在规范允许　△＝Ｐ・Ｌ　／３ＥＩ　的范围内，但考虑到施工单位的实际情况并吸取其　式中，Ｐ＝２１４．５８　ｋＮ（横向地震力控制），６　墩高Ｌ＝　它桥梁出现问题的教训，为确保安全，决定采用同济　ｌ４．２　ｍ，，＝３．１４×１．５４／６４＝０．２４８　４　ｍ４，Ｅ＝３．３×　大学桥梁设计研究院的建议，将盖梁加厚，由隐盖梁　１０６　ｔ／ｍ２，得△＝０．０２５　ｍ＝２．５　ｅｍ＜０．５　＝０．５×　变为明盖梁，且为施工方便将预应力混凝土改为普　３０ｏ～＝２．７４　ｅｍ（式中ｚ为跨径），满足“桥规”要求。　通钢筋混凝土。但ｌ０　墩隐盖梁已浇注完成，一端　（３）墩柱配筋计算　箱梁也已浇注，且部分落架，这给盖梁设计带来了相　按极限状态法（容许应力法同样满足，从略），组　当的难度，能否达到修改设计的目的，ｌ０　墩盖梁的　合工：恒载＋汽车＋温度力＋制动力，需３ｌ根　２８　处理成为关键。在此推荐下述２种具体方案：　钢筋；组合Ⅱ：恒载＋地震力，需２４根　２８根钢筋。　一是从上端加强，将盖梁截面做成倒Ｔ形，同时　实际设计中取４０根　２８钢筋偏于安全。　将盖梁横桥向两侧各加长３０　ｅｍ，并增加档块。该方　从上茴的计算结果可以看出，中墩高度并不是　法的优点是混凝土易浇注，且外形较好；缺点是分隔　影响结构整体安全的主要因素。　墩处须设２道伸缩缝，同时加固的倒Ｔ形盖梁将对　３．２分联处桥墩墩柱　主梁的预应力张拉位置发生影响，因此必须在两侧　汽车荷载的横向偏载应主要由桥台和分联处　主梁预应力张拉完毕后才能实施。如果希望盖梁加　（联端）桥墩承担。分联处桥墩（设计编号为５　、ｌ０　强前主梁落架，还必须在盖梁的下缘设临时托架，待　墩）设计为独柱将使结构型式趋于复杂，不应简单用　完成后拆除。　平面杆系理论而宜用空间结构理论来分析计算。按　二是从下缘加强，将盖梁厚度加至１．５　ｍ，两侧　照谁抵抗刚度大谁受力大的原则，桥台承担抗扭比　各接长３０　ｅｍ；原盖梁端部钢筋应接长，在接长区内　分联墩要大很多，再加上桥台端竖向剪力，而两项剪　配大直径箍筋，帮助原盖梁纵向的受力；下缘加强区　应力之和将可能超出规范要求，从而导致箱梁的抗　内设横桥向钢筋帮助混凝土受压，设大直径箍筋与　扭能力大为降低。　原盖梁底部箍筋焊接，必要时采用植钢筋技术使新　上述分析表明：分联处桥墩应由独柱改为多柱　旧混凝土咬合为整体。　表２　５　桥墩计算结果　维普资讯 http://www.cqvip.com ８０　公路交通技术　２００７．雏　表３修改设计后桥墩盖梁验算结果　虽然有以上２种方案可供选择，但无论何种方　案，施工起来均较麻烦。设计单位会同有关专家分　加固植钢筋不易施工的情况，不以植钢筋做为新旧　盖梁的主要连接筋而以大直径箍筋与原盖梁箍筋焊　析讨论并报市局批准，决定采用第二方案，修改设计　后盖梁验算结果见表３。　显然，盖梁的加厚大大提高了承载能力的安全　系数储备。　４设计实施　遵照省厅和市局意见，设计单位修改了南寨大　桥分联处桥墩的设计，将独柱改为圆端形实体墩柱，　加宽后的墩柱宽度为３．５　ｍ，提高了分联处桥墩的　抗偏载能力；同时，参照同济大学桥梁设计研究院复　核计算结果及建议，将分联处桥墩盖梁进行了加强，　盖梁厚度由７１　ｃｍ（隐盖梁）加至１．５　ｍ（明盖梁），提　高了盖梁的强度，修改前后１０　墩结构尺寸（横断　面）见图１。　原设计　修改设计　．　６ｏｏ　．　。　６６０　。　５７０　ｅ　靴　图１　１０　桥墩设计修改前后结构尺寸比较　由于变更设计时各独柱已浇注完成，施工单位　将其进行了凿毛处理，以增大新旧混凝土的结合能　力。另外，１０　墩盖梁加固施工时也根据情况进行　了适当调整。如大直径箍筋与旧盖梁端原为一端侧　面焊，一端底面焊，但鉴于二联箱梁均已浇注的实际　情况，将其改为两端均采用底面焊；又如鉴于从下面　接并保证焊接质量做为新旧盖梁的连接措施。因受　箱梁，１０　墩盖梁加厚的混凝土只能从两侧浇　注，新老混凝土之间不可避免地出现了缝隙。因缝　隙以下的混凝土主要起抗压作用，故缝隙对强度影　响不大，施工时通过压浆灌实等手段进行了处理。　南寨大桥于１９９９年１１月竣工通车后，运营情　况良好，证明设计修改时采用措施得当，取得了显著　的经济和社会效益。　５结语　应当指出，南寨大桥跨径大、墩台高，与河道交　角小，又处于曲线上，尤其是近２０　ｍ的独柱高墩结　构在秦皇岛市乃至河北省的公路桥梁建设史上并不　多见，诸多因素使得该桥结构复杂，给设计增加了不　少难度。因为经验不足，设计和实施过程中难免出　现一些技术问题，在各方的重视和努力下，这些问题　最终得以解决。在以后公路桥梁设计工作中，将更　加正确地把握适用、经济、安全和美观的设计原则，　不断总结经验和教训，提高设计质量。　参考文献　［１］秦皇岛市公路勘测设计所．南寨大桥一阶段施工图设　计［Ｒ］．秦皇岛：秦皇岛市公路勘测设计所，１９９８．　［２］　同济规划设计研究总院桥梁设计分院．南寨大桥复核　计算报告［Ｒ］．上海：同济大学，１９９９．　［３］江祖铭，王崇礼．公路桥涵设计手册——《墩台与基础》　［Ｍ］．北京：人民交通出版社，１９９６．　［４］赵维晋，谢万春，徐君．独柱偏心支承平面曲线连续　梁扭矩调整的计算方法［Ｊ］．特种结构，１９９２（９）：１５—　１８．　［５］袁晚诚，胡勃，范立础．柱式桥墩横向抗震性能及评　价［Ｊ］．同济大学学报，１９９６，２４（６）．　［６］石雪飞．中间偏心点铰支承连续曲梁内力分析［Ｄ］．上　海：同济大学，１９９０．