朱 俊，汪志甜

(1.安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司,安徽 合肥 230088；2.公路交通节能环保技术交通运输行业研发中心，安徽 合肥 230088)

1 装配式T形桥墩的产生背景

安徽省目前正在进行大规模高速公路改扩建系统建设,但由于各方面因素的干扰,施工期间的交通受到了一定影响,主要面临的问题是:如何减少施工周期、减少施工对既有交通的影响,控制现场施工质量,减少环境及其他干扰因素对工程进度、质量的影响及控制造价等。

我公司在寻求解决上述问题的过程中认识到,桥梁上、下部结构预制装配化是解决上述问题的有效手段。目前,桥梁上部结构基本实现了预制装配化,而安徽省高速公路下部结构工业化预制技术尚处实践阶段。

针对上述背景,我公司在G3京台高速方兴大道至马堰段改扩建工程的中派河特大桥设计中首次提出了装配式T形桥墩技术,并作为科研试验段进行设计施工,以配合我公司桥梁下部结构工业化科研工作[1]。

2 设计情况简介

中派河特大桥是G3京台高速方兴大道至马堰段改扩建工程的重要桥梁,左幅新建桥梁桥面标准宽20.25 m,桥梁全长1846 m。扩建形式采用左侧分离扩建方案。全桥跨径布置为:26×30 m+(86+140+90)m+25×30 m。主桥上部结构采用86+140+90 m下承式钢桁架梁桥,引桥采用30 m装配式预应力混凝土小箱梁,引桥下部采用装配式T形桥墩的形式。

装配式T形桥墩具体构造采用预制盖梁接圆形空心预制桥墩接现浇承台接预制管桩基础,每片预制盖梁承担上部两片小箱梁,横向形成独立的T型桥墩受力构造。采用预制T型桥墩后,桥梁下部结构能够实现工厂标准化生产,工地标准化安装。预制构件工厂生产质量标准高,同时能大幅节省工期,并且施工文明、环保,契合国家大力发展装配化建筑的指导意见[2]。

装配式T形桥墩结构新颖,荷载传递路径简洁、明确,为了使工程技术人员更好的了解此种新型桥墩形式,以下对装配式T形桥墩的静力性能进行了分析计算,计算以手算为主,重点关注装配式T形桥墩的结构受力概念。

图1 装配式T形桥墩一般构造图

3 上部结构荷载传递计算

装配式T形桥墩结构进行静力计算时,首先最重要的是正确计算上部结构传递给下部结构的竖向力和水平力。其中竖向力主要包括恒载和活载,水平力主要包括制动力和温度力,以下详细进行分析。

3.1 竖向力计算

3.1.1 恒载计算

表1 上部恒载传递竖向力计算

3.1.2 活载计算

(1)活载反力计算:

对中墩进行双孔布载,求得中墩墩顶支座处活载反力的最大值:

一个车道双孔布载时:B=0.5×10.5×(30+30)+320=635 kN。

(2)小箱梁活载反力横向分布计算:

汽车荷载横向偏载时墩柱取得相应的最大反力,按1～5个车道分别进行加载,按偏心受压法分别求得边梁(R1)和次边梁(R2)的反力横向分布系数,详见图3和表2:

图2 车道荷载纵向加载示意图

图3 活载横向加载示意图

(3)汽车荷载冲击系数计算:

取30 m小箱梁梁单片梁计算

根据《桥规》4.3.2条规定[5],当1.5 Hz

(4)小箱梁最大活载反力计算:

计算详见下表:

表2 小箱梁最大活载竖向力计算

表中n为车道数,ζ为车道折减系数。从表中可以看出,横向三列布载时,边梁和次边梁取得最大竖向力。

3.2 水平力计算

上部结构传递到桥墩的顺桥向水平力按支座和墩柱的组合抗推刚度进行计算,计算时应注意如果墩台滑板支座摩阻力小于一联分配水平力则只承担摩阻力,剩余水平力由其余墩台按刚度重分配[3]。具体计算详见表3:

表3 墩柱水平力分配计算(一根墩柱)

注:表中联端滑板支座摩阻力始终大于一联的分配水平力,无水平力重分配。

3.3 荷载组合

上部结构传递给下部结构的各项竖向力和水平力计算完成后,就可以按规范进行承载能力和正常使用阶段荷载组合,注意组合应按横桥向和纵桥向分别进行,具体计算过程从略。

4 装配式T形桥墩各构件验算要点

4.1 盖梁

装配式T形桥墩的盖梁为典型的小悬臂独柱墩盖梁,边梁支座作用点到柱边缘的距离小于盖梁高度,应按公预规8.4.6条要求采用“撑杆-系杆体系”计算悬臂部分正截面抗弯承载力[6]。具体计算图示见图4。

图4 短悬臂盖梁“撑杆-系杆体系”计算图示

4.2 墩柱

装配式T形桥墩的墩柱为钢筋混凝土圆环形截面构件,根据规范应进行轴心受压承载力验算、偏心受压承载力验算、斜截面抗剪承载力验算、正常使用阶段裂缝宽度验算共4项验算内容,具体验算时应按横桥向和纵桥向分别进行。

4.3 承台

装配式T形桥墩的承台为四桩承台,外排桩中心与墩柱边缘的距离小于承台高度,应按规范采用“撑杆-系杆体系”计算撑杆的抗压承载力和系杆的抗拉承载力,以及斜截面抗剪承载力和充切承载力[4]。

4.4 管桩基础

管桩基础首先应采用公路桥涵地基与基础设计规范中的“m”法计算桩基内力和应力,再以国标图集10G409《预应力混凝土管桩》对管桩进行选型或校核,所选择的管桩各项指标应满足国标图集要求。

5 结 论

装配式T形桥墩是一项适应于桥梁工业化建造的独特技术创新,具体构造采用预制盖梁接圆形空心预制桥墩接现浇承台接预制管桩基础,每片预制盖梁承担上部两片小箱梁,横向形成独立的T型桥墩受力构造。

装配式T形桥墩结构进行静力计算时,首先最重要的是正确计算上部结构传递给下部结构的竖向力和水平力。其中竖向力主要包括恒载和活载,水平力主要包括制动力和温度力。活载竖向力传递采用偏心受压法对车道活载反力进行横向分配,以求得边梁和次边梁在最不利偏载工况下传递给下部结构盖梁的反力。上部结构传递到桥墩的顺桥向水平力按支座和墩柱的组合抗推刚度进行计算,计算时应注意如果墩台滑板支座摩阻力小于一联分配水平力则只承担摩阻力,剩余水平力由其余墩台按刚度重分配。

装配式T形桥墩的盖梁和承台是典型的“撑杆-系杆受力体系”构件,应分别计算计算撑杆的抗压承载力和系杆的抗拉承载力。装配式T形桥墩的墩柱和管桩基础均为圆环形截面构件,应根据相关规范验算各项内力和应力,具体验算时应按横桥向和纵桥向分别进行。

本文简要分析了装配式T形桥墩的静力性能,下一步将进一步分析装配式T形桥墩的动力性能,进一步完善设计,为装配式T形桥墩的推广应用积累经验。