某连续Y型墩刚构桥静力计算

摘 要：桥梁结构为40+3×65+40=275m五跨连续Y型墩刚构，介绍了该桥的计算参数、计算方法及计算内容，为该桥的施工、监控提供依据，可为同类桥梁的设计提供参考。

关键词：连续Y型墩刚构；静力计算

Y型墩刚构桥也是一种连续刚构桥，所不同的是将桥墩做成Y型，它具有连续刚构桥和多跨斜腿刚构桥的受力特性和共有的优点。本文以浙江省三门县一座Y型墩刚构桥为例，对Y型墩连续刚构桥的受力特性进行分析研究。

1 工程概况

桥梁结构为40+3×65+40=275m五跨连续Y型墩刚构，单幅宽度为23.0m，分左右两幅设计。主梁采用预应力变高度箱梁，箱梁中心线处跨中梁高1.4m，边支点处梁高1.4m，Y型墩与箱梁底板采用圆弧线接顺。单幅截面形式为单箱两室直腹板断面，顶板两侧设置1.5%横坡，箱梁总宽23.0m，底板同Y型墩等宽15.0m，悬臂长度4.0m；顶板厚度为25cm，底板厚度为25cm～60cm，腹板厚度为100cm，挑臂端部高20cm，根部高60cm。箱梁预应力体系主要为纵向预应力体系和横向预应力体系。纵向预应力钢束设置了顶板束、底板束和腹板束，横向预应力布置在顶板内和Y型墩与箱梁相交节点横梁处。Y型墩斜柱标准厚度为1.0m，立柱标准宽度为1.5m，均采用矩形截面，宽度均为15.0m。桥面铺装采用10cm厚沥青砼。

2 技术标准

道路等级：城市主干路；设计行车速度：40～50km/h；桥梁设计荷载：公路I级，双向六车道，人群和非机动车道荷载为4.0kPa；桥梁设计安全等级为一级，桥梁设计基准期为100年；横断面：2×[3.0m（人行道）+4.5m（非机动车道）+3.0m（机非分隔带）+12.0m（机动车道）+0.5m（防撞护栏）]+4.0m（中央分隔带）=50.0m；通航要求和水文资料：通航净宽为20m，通航净高为3.5m，常水位为1.5米，20年一遇洪水位为3.0米，通航水位暂按常水位1.5米控制；桥面横坡：车行道和非机动车道向外1.5%，人行道向内1.5%；桥梁纵坡为-2.000%～2.000%，竖曲线半径为R=3500米；地震烈度：地震动峰值加速度

3 全桥纵向计算

3.1 计算参数

（1）主要材料。箱梁和桥墩采用C55砼，弹性模量Ec=3.55x104MPa，容重γ=26kN/m3，标准抗压强度fck=35.5MPa，标准抗拉强度ftk=2.74MPa，抗压强度设计值fcd=24.4MPa，抗拉强度设计值ftd=1.89MPa；预应力钢绞线采用9φs15.24和12φs15.24高强度低松弛钢绞线，弹性模量Ep=1.95×105MPa，标准抗拉强度fpk=1860MPa，张拉控制应力σcon=0.75・fpk=1395 MPa，管道摩擦系数μ=0.17，管道偏差系数k=0.0015，钢丝松弛系数ζ=0.3（低松弛），单端锚具回缩值ΔL=6mm。

（2）永久作用。主梁结构自重、主梁纵向预应力效应；二期恒载桥面铺装及桥面系荷载；混凝土的平均加载龄期按7天计，砼收缩、徐变完成时间按照3650天计；支座沉降：桥墩处不均匀沉降按2.0cm考虑，桥台处按1.0cm考虑。

（3）可变作用。活载：公路I级，单向三车道，人群和非机动车道荷载为4.0kPa；汽车横向折减系数和冲击系数程序自动按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D602004）取值；温度荷载：混凝土线膨胀系数为0.00001，体系温度按20度考虑，整体升温25度，降温-15度；同时考虑日照引起的温度梯度效应，按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D602004）第4.3.10条取值。风荷载：由于气象资料缺少风速观测资料，本次设计百年一遇基本风速V10按《公路桥涵设计通用规范》（JTJD602004）中附录A取值为52.1m/s，五十年一遇基本风速V10取值为48.0m/s。施工荷载：包括挂篮和模板自重以及混凝土湿重。

（4）作用效应组合。施工阶段作用效应组合：永久作用+施工荷载+风荷载（五十年一遇）；作用短期效应组合：永久作用+0.7汽车荷载（不计冲击力）+人群荷载+0.8温度梯度+体系温差+0.75风荷载（百年一遇）；作用长期效应组合：永久作用+0.4汽车荷载（不计冲击力）+0.4人群荷载+（0.8温度梯度+体系温差+0.75风荷载（百年一遇）（间接可变作用）；永久作用标准值与可变作用标准值组合：永久作用+汽车荷载+人群荷载+温度梯度+体系温差+风荷载；承载能力极限状态效应组合按照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D602004）第4.1.6条规定进行多项组合。全桥纵向按部分预应力A类混凝土构件的控制标准进行设计。

3.2 计算模型

本桥采用MIDAS Civil 2006软件空间有限元梁单元模型进行计算，桩体采用土弹簧模拟桩土相互作用，桥台处采用单向支撑模拟，结构有限元计算模型详见图1。

3.3 施工阶段和成桥阶段应力计算结果

施工阶段箱梁最大拉应力为0.85MPa，最大压应力为11.2Mpa，预应力钢束最大拉应力为1281MPa，满足规范要求。成桥阶段未出现拉应力，最大压应力为11.0MPa，满足规范要求。

3.4 正常使用极限阶段应力计算结果

长期效应组合和短期效应组合下箱梁均未出现拉应力，最大压应力为13.9MPa，最大主拉应力1.21Mpa，预应力钢束最大拉应力为1195MPa，均满足规范要求。标准组合下箱梁正截面最大压应力和主压应力均为16.0MPa，满足规范要求。

3.5 刚度计算结果

考虑作用长期效应的影响箱梁最大挠度为1.425×（1.68+2.12）=5.42cm=L/1199

3.6 承载能力极限状态作用效应组合计算结果

承载能力极限状态各种作用效应组合下抗弯和抗剪均满足规范要求。

4 施工期间最大悬臂阶段计算

4.1 计算模型

取最大悬臂施工阶段的计算模型，对其最不利偏载情况进行结构计算，计算模型详见图2。

4.2 计算参数

最大不平衡状态下各种不平衡作用的影响因数如下：考虑梁体自重不均匀性的不平衡系数取为1.05；考虑挂篮、施工机具的质量偏差的不平衡系数取为1.08；考虑梁体节段浇注不同步的块件重量差0.5P（P为最后一块的重量）；风荷载取用五十年一遇基本风速V10取值为48.0m/s，风力作用不均匀性按一侧梁底作用1.0风力引起的升举力，另一侧梁底作用0.5风力引起的升举力，升举系数取0.4。

4.3 计算结果

各项计算结果均不作为控制作用，满足规范要求。

5 箱梁标准段横向计算

5.1 计算模型

取标准段箱梁段宽1.0m，按梁单元建模进行有限元计算，腹板处模拟单向支撑和双向支撑，计算模型详见图3。

5.2 计算参数及结果

计算参数参照全桥纵向计算部分，横向计算按部分预应力B类混凝土构件的控制标准进行设计。正常使用阶段作用短期效应组合顶板最大拉应力为0.87MPa，最大压应力为6.23MPa，长期效应组合作用下最大拉应力为0.81MPa，最大压应力为6.23MPa，均满足规范要求。

6 结语

本文通过对五跨Y型墩连续刚构桥进行静力计算分析，从全桥纵向、施工期间最大悬臂阶段及箱梁横向计算等方面详细阐述了本桥的计算过程，根据现行规范对结果给出了相应评价，给施工、监控提供了较好的思路和依据，可为同类桥梁的设计提供参考。

参考文献：

[1]公路桥涵设计通用规范[S].JTG D602004.

[2]公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].JTG D622004.

[3]公路桥涵地基与基础设计规范[S].JTG D632007.

[4]公路圬工桥涵设计规范[S].JTG D612005.

[5]公路桥涵施工技术规范[S].JTG/T F502011.

[6]公路桥梁抗震设计细则[S].JTG/T B02012008.

[7]公路桥梁抗风设计规范[S].JTG/T D60012004.

[8]混凝土结构耐久性设计指南[S].2005，CCES012004.

作者简介：蔡翔宇（1984―），女，硕士，吉林人，浙江大学基本建设处科员。主要研究方向：基建工作。

张策萍（1983―），女，华东勘测设计研究院中级工程师 。