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北京市西四環(huán)復(fù)興路立交變截面連續(xù)鋼組合梁設(shè)計(jì)
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簡(jiǎn)介: 本文首先說明采用鋼組合梁方案的原因并分析其優(yōu)缺點(diǎn),然后介紹北京市百四環(huán)復(fù)興路立交變截面連續(xù)鋼組合梁的設(shè)計(jì)過程,最后總結(jié)了一下該橋的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵字:變截面鋼組合梁 立交橋
一、工程概況
復(fù)興路立交位于北京市西四環(huán)跨復(fù)興路處,為避免施工時(shí)交通中斷,并且保證一跨跨過復(fù)興路,以保持橋下良好的視野,本橋采用一聯(lián)三跨變截面鋼組合梁,跨徑為 34+ 48+ 34m。本橋?qū)?5.7m,分為兩幅,兩幅中間間隔2cm,每幅布置兩個(gè)4.5m寬鋼箱,中跨跨中梁高1.47m,墩頂梁高2.57m,箱梁底按拋物線布置。
本橋設(shè)計(jì)荷載為:汽-超20.掛-120;地震基本烈度8度,橋梁按9度采用抗震措施。
二、鋼組合梁撞斷面及制段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)
根據(jù)筆者以往多座鋼組合梁橋的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),本橋擬定根段面見圖1,箱寬4.5m,懸臂2m,混凝土橋面板在腹板頂處為0.4m,橋面板內(nèi)配置預(yù)應(yīng)力鋼束,混凝土橋面板與鋼箱連接處設(shè)置剪力釘抗剪,以使橋面板與鋼箱協(xié)調(diào)變形,共同受力。
本橋全長(zhǎng)116m,根據(jù)起吊重量和運(yùn)輸條件的限制,分為22+24+24+24+22m共五個(gè)制作段,待各個(gè)制作段吊裝到位后用高強(qiáng)螺栓栓接。
三、撞向分配系數(shù)計(jì)算
為了計(jì)算每一個(gè)箱子在全橋長(zhǎng)度上的橫向分配系數(shù),接等代剛度法將本橋等代成34+48+34m三跨等截面簡(jiǎn)支梁,再以簡(jiǎn)支梁作為受力模型,用剛結(jié)板法計(jì)算每個(gè)箱子的橫向分配系數(shù),然后,將各跨的橫向分配系數(shù)綜合起來得到每一個(gè)箱子在全橋長(zhǎng)度上的橫向分配系數(shù),具體使用程序?yàn)楸驹赫活A(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)文梁橋設(shè)計(jì)計(jì)算程序《SBBD》,計(jì)算結(jié)果見圖3。
四、鋼組合某縱向預(yù)應(yīng)力計(jì)算
本橋使用平面杯系結(jié)構(gòu)程序?qū)⒁粋€(gè)箱子作為分析對(duì)象,動(dòng)荷載按照一列車乘以橫向分配系數(shù)考慮,具體使用程序?yàn)楸驹旱?綜合程序",荷載考慮恒載、汽車、掛車,兩組溫度,兩組位移組合成七種荷載組合,施工階段分為制作段吊裝,檢接,拆水平臨時(shí)支架,澆筑橋面板,張拉預(yù)應(yīng)力鋼束,拆剩余臨時(shí)支架,橋面鋪裝,正常使用共八個(gè)階段,本橋鋼材采用16Mn,混凝土采用50號(hào),最大控制應(yīng)力根據(jù)橋梁規(guī)范和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)定為:
施工階段混凝土最大壓應(yīng)力20.OMPa
混凝土最大拉應(yīng)力1.6MPa
使用階段鋼最大拉、壓應(yīng)力150.0MPa
混凝土最大壓應(yīng)力15.OMPa
混凝土最大拉應(yīng)力1.OMPa
最后的縱向預(yù)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如圖4所示,預(yù)應(yīng)力鋼束采用9-7φ5鋼絞線R=1860MPa,ck=1302MPa
五、變截面鋼組合梁設(shè)計(jì)心得
(1)變截面鋼組合梁充分利用鋼材抗拉強(qiáng)度高、混凝土抗壓強(qiáng)度高的特點(diǎn),具有高跨比較?。ū疚脑O(shè)計(jì)中跨跨中為1/32.7),跨度適中(筆者曾設(shè)計(jì)過的鋼組合梁跨徑最大到72m,聯(lián)長(zhǎng)最長(zhǎng)為219.16m,涵蓋彎、斜、坡橋),橋型輕盈,曲線簡(jiǎn)潔流暢的優(yōu)點(diǎn),并且采用制作段工廠化制造,現(xiàn)場(chǎng)拼裝的施工過程,因而可不間斷交通,工期較短,特別適合于城市中心區(qū)跨徑較大,梁高較低,不能中斷交通,且要求橋型美觀,色彩講求變化的城市立交橋,缺點(diǎn)是造價(jià)比預(yù)應(yīng)力混凝土連梁稍貴,需定期養(yǎng)護(hù)。
(2)變截面鋼組合梁采用平面桿系結(jié)構(gòu)程序進(jìn)行計(jì)算,當(dāng)橋較寬、采用多箱定結(jié)構(gòu)時(shí),先將連梁按照等代剛度法比擬成相同跨徑的等截面簡(jiǎn)支梁,再按剛接板法計(jì)算一個(gè)箱子的橫向分配系數(shù),此橫向分配系數(shù)即為作用在一個(gè)箱子上的車列數(shù),在計(jì)算抗彎截面模量時(shí)先將混凝土橋面板部分的寬度乘以1/7(混凝土的彈性模量是鋼的1/7),等代成鋼結(jié)構(gòu),然后與鋼箱一同計(jì)算其抗彎截面模量,最后,根據(jù)頂、底板的拉、壓應(yīng)力要求,在橋面板中適當(dāng)配制預(yù)應(yīng)力鋼束(一般要求有通長(zhǎng)束)。
(3)構(gòu)造方面,鋼箱一般寬3~5.6m,與混凝土橋面板相接處的翼板寬60~120cm,翼板上面設(shè)制剪力釘,一般橫向間距10m,縱向間距25m,多箱室結(jié)構(gòu)箱問須設(shè)制模向連接,各制作段門采用高強(qiáng)螺栓栓接。
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