233 2021年第1期发展与创新
王 波
中国公路工程咨询集团有限公司，北京 100097
摘 要：大石田特大桥主桥采用(92+2×170+92)mPC连续刚构，三向预应力。总体纵向静力计算采用桥梁博士（Dr.Bridge）3.6、Midas/Civil 2017进行计算，通过主梁承载能力、持久状况和短暂状况的应力、抗裂以及刚度的计算分析，各项指标均符合要求。为有效解决跨中下挠问题，跨中截面下边缘应有一定压应力储备。 关键词：连续刚构；单肢空心薄壁墩；抗推刚度；桥梁博士（Dr.Bridge）3.6；Midas/Civil 2017；应力储备
中图分类号：U443 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2021）01-0233-02
1 工程背景及概况
拟建大石田特大桥位于大石田村，桥梁起点接坳仔坑隧道，终点接春湾互通，桥位所在路线平面为分离式路基，按上下行两座独立桥梁进行设计，跨越山间冲沟谷地，桥面至冲沟底高达120m，地形较为陡峭；桥型方案设计时要避免过多的桥墩落在谷底，尽量减少高墩数量、减小主跨跨径。
2 主桥结构设计
大石田特大桥左右线桥宽均为16.5m，左线桥跨布置：[12×39+(92+2×170+92)+3×39]m；右线桥跨布置：[5×42+5×40+(92+2×170+92)+3×39]m；主桥采用PC变截面连续刚构，引桥采用39m、40m、42m先简支后结构连续T梁；主墩采用单肢空心薄壁墩，最高墩高99.7m，主墩壁厚1m，横桥向宽10.5m，顺桥向宽9.5m。承台采用21m×21m矩形承台，厚5m，下设16根直径为2.2m的钻孔灌注桩基础，墩身采用C40砼，承台、桩基采用C30砼。（1）主梁。主梁采用C55砼，箱梁顶、底面宽分别为16.5m、8.5m，悬臂4m。箱梁梁高、底板厚自根部至跨中按2次抛物线变化，梁高的计算公式如下：
h=3.8+AX2 （1）式中：A=6.7/782。
底板厚度的计算公式如下：
d=0.32+BX2 （2）式中：B=0.78/782。
顶板厚32cm，腹板自根部至跨中分为3段，厚度分别为90cm、75cm、55cm。箱梁0号块长12m，纵
向对称的3个悬浇T构由19个节段组成，由根部至跨中，节段划分为(4×3.5+7×4+8×4.5)m，节段悬浇总长78m。箱梁根部主墩顶设2道1.5m厚的横隔板，跨中横隔板厚0.5m，边跨梁端横隔板厚1.5m，其余部位不设横隔板，21’号梁段底板设有检修孔。箱梁断面底板水平，腹板铅直，顶板横坡为2%，横坡由内外侧腹板差实现。三向预应力束均使用Φs15.2mm 钢铰线，纵向预应力钢束线型由平弯、竖弯构成，两端张拉；在箱梁顶面及0号块横隔板布置横向预应力钢束，采用单端张拉；竖向预应力钢束布置在箱梁腹板内，在箱梁顶面单端张拉。（2）主墩。鉴于该桥主墩墩高均接近100m，采用单肢空心薄壁墩，墩顶线刚度较柔，可以适应变形的要求。山区高速公路，高墩常采用滑模或爬模施工，从施工的便捷性出发，综合地形、造价、施工等因素，结合定测验收意见，为减少基础规模，大石田特大桥主墩采用单肢空心薄壁墩。 3 主桥结构计算
（1）计算方法和内容。全桥结构整体计算采用平面杆系有限元理论，总体纵向静力计算采用桥梁博士（Dr.Bridge）3.6、Midas/Civil 2017进行计算，相互校核计算，确保结构安全。全桥离散为294个梁单元，其中上构主梁为154个梁单元，下构桥墩为140个梁单元，按照悬臂浇筑施工方式，共建立89个施工阶段。桥梁博士（Dr.Bridge）3.6、Midas/Civil 2017的整体结构计算有限元模型如图1、图2所示。
（2）计算荷载及参数。计算考虑恒载、汽车荷载、预应力、混凝土收缩徐变、基础不均匀沉降、温度、风荷图1 桥梁博士（Dr.Bridge）3.6
全桥结构计算模型图2 Midas/Civil 2017全桥结构计算模型
纹管，管道摩阻系数mu =0.25，局部偏差系数k =0.0015。顶板横向预应力钢束采用M15-3，间隔单端张拉，竖向预应力钢束采用M15-3，顶板处单端张拉，横竖向钢束张拉控制应力为0.75f pk ；0号块横
隔板及腹板采用M15-5预应力钢束，钢束张拉控制应力为0.75f pk 。设计挂篮自重145t （含模板与机具），合拢吊架自重60t，中跨合龙前顶推力取值6240kN。
（3）主梁承载能力验算。在承载能力极限状态下，桥梁博士（Dr.Bridge）3.6、Midas/Civil 2017计算的箱梁墩顶截面最大弯矩分别为2670000kN·m、2297470kN·m，跨中截面最大弯矩分别为348000kN·m、377824kN·m，均小于程序各自计算抗力，符合规范相关要求。
（4）主梁短暂状况的应力验算。施工阶段对边跨合拢前最大悬臂状态，中跨合拢前最大单悬臂状态、中跨合拢后成桥状态的应力进行验算，如表1所示。
短暂状况主梁截面边缘混凝土的法向应力应满足：压应力
，拉应力
（其中，
、
为表示
按短暂状况计算时截面预压区的压应力、预拉区边缘混凝土的拉应力；、分别为施工阶段混凝土的轴心抗压强
度、抗拉强度标准值）。主梁应力均符合规范的相关要求。
（5）主梁持久状况的应力验算。主梁最大压应力应满足：
=17.75MPa；主压应力应满足：
=21.3MPa；预应力钢绞线的最大拉应力应满足：
=1209Mpa（其中，σkc 为标准值组合下混凝
土法向压应力；σpt 为由预应力产生的混凝土法向拉应力； σcp 为混凝土主压应力；σpe 为钢束有效预应力；σp 为预应力钢束的应力或应力增量；f ck 为混凝土轴心抗压强度标准值； f pk 为预应力钢束抗拉强度标准值）。持久状况主梁应力如表2所示，其结果均符合规范要求。
面向21世纪教育振兴行动计划表1 短暂状况主梁法向应力
施工阶段
计算软件
上缘应力
下缘应力
最大压应力最小压应力最大压应力最小压应力
海城黑社会边跨合拢前
最大双悬臂桥梁博士3.613.3010.20Midas/Civil 201713011.2-0.2中跨合拢前
行政处罚法第27条最大单悬臂桥梁博士3.613.2010.40Midas/Civil 201713.8015.2-0.2中跨合拢后
成桥状态桥梁博士3.614.4015.50Midas/Civil 201715.3
13.6
北京水生植物单位：MPa （6）主梁抗裂验算。主梁在正常使用极限状态下，混凝土受弯构件应进行正截面和斜截面抗裂验算，现浇全预应力构件正截面拉应力应满足，现浇全预应力构件斜截面主拉应力应满足
=1.096MPa （其中，
σst 为频遇组合下截面边缘混凝土法向拉应力；σpc 为由预应力产生的混凝土法向压应力；σtp 为混凝土主拉应力；f tk 为混凝土轴心抗拉强度标准值）。主梁墩顶及跨中应力如表3所示。
根据工程经验，为有效解决跨中下挠问题，跨中截面下边缘应有一定压应力储备，跨中截面下边缘压应力宜≥ (1+L /100)MPa（L 为PC 刚构主跨最大跨径，m）。从表3中可以看出，正截面和斜截面均为压应力，符合规范要求，且跨中应力储备均大于(1+L /100)=2.7MPa。
（7）主梁刚度计算。频遇值组合下，桥梁博士（Dr.Bridge）3.6、Midas/Civil 2017计算的汽车荷载产生的主梁中跨最大竖向挠度分别为62mm、43mm。小于规范限值L /600=283mm。主梁刚度均符合要求。
巴格西 下载4 结束语
通过主梁承载能力，主梁持久状况和短暂状况的应力，主梁抗裂及主梁刚度计算分析，各项指标均符合要求。在运营使用阶段，大跨刚构主梁在最不利荷载组合下，跨中截面下边缘应有一定压应力储备，能有效解决跨中下挠问题。鉴于高墩常采用滑模或爬模施工，从施工便捷性考虑，减少基础规模，避免主墩承台施工对山体大量开挖，单肢空心薄壁墩用于山区高墩大跨连续刚构是合理的。
参考文献：
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与工程控制[D].杭州：浙江大学,2006.
[2]吴忠振，王波.红石山大桥主桥结构设计研究[J].中国水
运(下半月),2019,19(3):166-168.802.11n
[3]徐君兰，顾安邦.连续刚构桥主墩刚度合理性的探讨[J].
公路交通科技,2005,22(2):59-62.作者简介：王波，男，本科，工程师，研究方向为路桥勘察设计与咨询。
表3 主梁墩顶及跨中应力
计算软件最小压应力最大主拉
压力
墩顶跨中桥梁博士3.6 1.18 3.70Midas/Civil 2017
1.6
2.8
单位：MPa
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