【摘要】本文較詳細地論述了北運河大橋主橋V型連續(xù)剛構(gòu)的總體設(shè)計及構(gòu)造上的部分特點、各階段的內(nèi)力計算及分析，簡要介紹了主橋的施工工藝。
關(guān)鍵詞 V型 連續(xù)剛構(gòu) 橋梁 設(shè)計
一、概述
北運河大橋位于京沈高速公路（北京段）K26＋430處，跨越北運河。北運河發(fā)源于北京東北部軍都山南麓，由東沙河、北沙河、南沙河子昌平縣沙河鎮(zhèn)匯合后始稱溫榆河，直至通州區(qū)北關(guān)閉，北關(guān)問以下稱北運河，北運河流域面積2478平方千米。北關(guān)間下又有通惠河、涼水河、風(fēng)港城河等匯合南下，于河北省屈家店匯入永定河，再經(jīng)海河流入渤海。北運河屬于海河水系，是公元605年隋朝時期開鑿的京杭大運河的源頭，它為當時的南北交通及經(jīng)濟繁榮做出過巨大的貢獻，今天仍是北京東南方向的主要排灌河道。1962年、1973年水利部門對北運河進行過整治，1993年又按規(guī)劃河道重筑左堤，兩堤間距擴至1345m澳標準為10年一遍開槽，20年一遇筑堤，50年一通校校。根據(jù)規(guī)劃及水利部門的要求，綜合各方面因素，主橋采用三孔V型連續(xù)剛構(gòu)，其跨徑為420＋780＋420m，兩端引橋分別為8mx25m和33mx25m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支 T梁。橋梁斜交角度為75度，橋梁全長 1189.08m，其中主橋長 162m，如圖1，引橋長1027.08m。
北運河大橋主橋是京沈高速公路上的控制工程，工期限制性較大，施工工藝及方法復(fù)雜，其直接影響施工進度及施工質(zhì)量。為了加快進度、提高功率，V型墩及主箱梁施工采用滿堂紅支架方法，分3個階段現(xiàn)場澆筑形成，預(yù)應(yīng)力鋼束按規(guī)定階段分批進行張拉。另一方面，北運河主河道在常水位時水面寬120m，水深5m，經(jīng)與有關(guān)單位反復(fù)商定，最后以填土壓縮河道和臨時墩相結(jié)合的方法，解決了主河道搭設(shè)模板支架問題，實踐證明，該施工方法不但保證了河水暢通，同時又保證了工期和質(zhì)量。臨時墩為樁基橫向焊接工宇梁，縱向鋪設(shè)貝雷梁構(gòu)成。北運河大橋是京沈高速公路上唯一的一座特大橋，主橋橋型選擇及整體布局是成功的，設(shè)計上采用的雙向預(yù)應(yīng)力技術(shù)、大直徑群樁基礎(chǔ)、合理的施工階段劃分及施工工藝。局部的一些構(gòu)造處理，保證了工期和質(zhì)量，具有可取和獨到之處。
二．橋型選擇
根據(jù)規(guī)劃及水利部門的意見，在滿足水文計算的情況下，橋孔不小于1100m，主橋不小于200m，在眾多方案的基礎(chǔ)上，對主橋提出了三個橋型方案：
方案1：三孔V型連續(xù)剛構(gòu)，跨徑布置為60＋100＋60m。
方案2：三孔變截面連續(xù)梁，跨徑布置為60＋90＋60m。
方案3：中承式鋼管混凝土拱橋，跨徑布置為40＋120 ＋ 40m。
各方案技術(shù)指標如表1所示。
方案1：V型連續(xù)劇構(gòu)是近年來新發(fā)展起來的結(jié)構(gòu)型式，橋型新穎美觀，V撐減小主跨 跨徑，斷面尺寸減小，顯得更加輕巧，結(jié)構(gòu)整體性好，施工方便，造價較低。
方案2：連續(xù)橋梁結(jié)構(gòu)輕巧，受力合理，需大噸位支座，造價居中。
方案3：中承式鋼管混凝土拱橋，橋型美觀，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對基礎(chǔ)要求較高，施工難度較大，造價較高。
經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟綜合比較并報主管部門批準，最終采用V型連續(xù)劇構(gòu)方案，經(jīng)進一部與有關(guān)部門協(xié)商和優(yōu)化，主孔跨徑減為78m，相應(yīng)邊孔跨徑減為42m。
三、結(jié)構(gòu)設(shè)計
北運河大橋主橋經(jīng)規(guī)劃、水利、橋梁等方面專家論證，最后選用了結(jié)構(gòu)布局合理、造型優(yōu)美、經(jīng)濟可行的V型連續(xù)剛構(gòu)型式。
l設(shè)計標準：設(shè)計荷載汽車一起20級，掛車-120；
地震裂度8度；
洪水頻率1／100；
設(shè)計流量Q1%＝2262立方米/秒
設(shè)計流速 V槽＝2．03m／s；V灘＝034th／s；
設(shè)計水位 Hs=20.23m。
2上部結(jié)構(gòu)
主橋上部結(jié)構(gòu)為42十 78＋ 42m預(yù)應(yīng)力混凝土 V型連續(xù)劇構(gòu)，全長 162rn，全寬 30m，為上下行雙橋式經(jīng)構(gòu)；主梁采用變截面單箱雙室結(jié)構(gòu)，截面高度變化曲線方程為旋轉(zhuǎn)的二次拋物線，V撐與主梁銜接處用國曲線順接。主梁梁高 160～2 60m，翼板寬 14 Zm，箱寬8． sin，頂板厚 25ctn，底板厚 20。，梁端及靠近 V撐處底板厚由 20。漸變至 50cm，腹板寬均為 0 .6m，靠聯(lián)接器處邊腹板寬由 0. 60m漸變至 0.75m，中腹板定由 0 .60m漸變至 0.80m；主梁共設(shè)17道模隔梁；V撐力實體截面。
3下部結(jié)構(gòu)
主墩：采用45號鋼筋混凝土矩形墩身，上接V撐，V撐中加豎向預(yù)應(yīng)力，下接承臺，長9.11米，寬4.70m，承臺下為4排鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑15m，樁長40m。
聯(lián)接墩：采用雙住橋墩，蓋梁為T形截面，由于主、引橋主梁高度不同，蓋梁項面縱橋向做成臺階狀，長 12. 60m，寬 1.80m，高 1.708m。柱徑 13m，柱下接承臺，承臺為工字形，承臺厚 2.0m，其下為雙排鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑為 1.5米，樁長為 35. 0m。
4其他
橋面鋪裝：橋面鋪裝力等厚度，共15厘米。上層為8cm厚瀝青混凝土，其中4厘米（玄武巖）中粒式瀝青混凝土，4厘米（石灰?guī)r）中粒式瀝青混凝土，下層為7rm厚抗折混凝土。橋面混凝土與瀝青混凝土之間設(shè)防水層，防水層采用FWI71型橋面專用防水涂料。
支座及伸縮縫：伸縮縫采用XF160一Ⅱ型毛勒縫。主橋聯(lián)接墩支座為四氛板式橡膠支座，其規(guī)格為60m X 40mX9.2厘米
四、結(jié)構(gòu)分析
1上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算
本結(jié)構(gòu)為V型連續(xù)劇構(gòu)，在施工階段受力體系經(jīng)三次交換，由低次超靜定向高次超靜定過渡，計算中縱、橫向均采用平面杯系假定，利用橋梁綜合程度分別對各施工階段及運營階段的受力情況進行了應(yīng)力、應(yīng)變分析。根據(jù)受力結(jié)果，合理調(diào)整支架的安裝與拆除、混凝土澆筑及鋼束分批張拉順序，將各階段的截面受力嚴格控制在安全范圍之內(nèi)。計算中考慮的荷載有：恒載、預(yù)應(yīng)力、汽車荷載、掛車荷就溫度變化影響力、基礎(chǔ)變位影響力、混凝土收縮與徐變影響力等。由于篇幅限制，表2僅列出運營階段控制設(shè)計的主要組合內(nèi)力。
2預(yù)應(yīng)力鋼束布置
根據(jù)受力狀況，主橋在箱梁及V撐內(nèi)均布置了預(yù)應(yīng)力鋼束，鋼束全部采用ASTMA416-90a型高強度低松弛鋼絞線，標準強度R=1860MPa。每束力12X7Φ5，每束張拉控制應(yīng)力σK=0.72R=1339.2MPa，張拉力為2317.4kN。預(yù)應(yīng)力錨具張拉端為OVM15－12型，非張拉端為OVM15-12P型，聯(lián)接器為OVM15-12L型。預(yù)應(yīng)力鋼束除兩聯(lián)接器之間的通長鋼束采用兩端張拉外，余均為一端張拉，考慮到減少預(yù)應(yīng)力損失，主梁上設(shè)兩道連接器裝置。
3下部結(jié)構(gòu)計算
下部結(jié)構(gòu)分別接施工階段和運營階段進行了計算。計算荷載有溫度力、汽車荷載、掛車荷載、風(fēng)力、汽車制動力及地震荷載。本橋位處地基屬于m類場地上。
溫度力按墩身剛度及基礎(chǔ)剛度計算。
下部結(jié)構(gòu)地震力接反應(yīng)借理論計算，分別考慮了兩種情況：①考慮一般沖刷線；②考慮地基土液化。按多質(zhì)點分別計算各部分地震力。結(jié)構(gòu)分為五部分：上部結(jié)構(gòu)、撐、墩身、承臺及基樁。按一股沖刷線計算主橋基本周期 TI= 0. 668s，按液化線計算時基本周期 TI=0. 7812s。
主橋基礎(chǔ)力承臺下接群樁基礎(chǔ)，按m法計算。運營階段計算了最大沖刷線時基樁內(nèi)力、地震荷載，計算了一般沖刷線及液化線時的基樁內(nèi)力。考慮了上部結(jié)構(gòu)溫度力，徐變影響力、上部預(yù)應(yīng)力及基礎(chǔ)沉降對下部結(jié)構(gòu)的影響，按最不利組合進行強度驗算。其結(jié)構(gòu)不利組合見表3
五、結(jié)束語
（1）大跨度V型連續(xù)剛構(gòu)橋梁的北京地區(qū)尚屬首例，在國內(nèi)同類型橋梁中也具有一定的代表性。
（2）本橋具有結(jié)構(gòu)新穎、輕巧美觀、受力合理、整體性好、震動小、行車既適等特點。
（3）V撐角度選擇正確合理，收到了較好的受力和視覺效果。
（4）構(gòu)造上采取了一些有效措施，避免了鋼京集中布置可能產(chǎn)生的裂縫。
（5）本橋的順利建成，表明計算結(jié)果正確，各細部尺寸擬定合理，設(shè)計具有可取和獨到之處。
