京新高速上地斜拉桥横向计算分析

邵长胜 刘永锋 焦亚萌

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

1 工程概况

京新高速上地斜拉桥是京新高速公路(五环路-六环路)工程的一部分，为五跨连续独塔单索面预应力混凝土曲线斜拉桥，跨度为(46+46+230+98+90)m，全长510 m，主梁宽35.5 m，双向六车道，主塔高99 m。全桥位于圆曲线(半径920 m)+缓和曲线(474.76 m)+直线及纵坡(2.0%)+竖曲线(半径11 000)+纵坡(-1.478%)上。主跨跨越地铁13号线、既有京包铁路及规划京张城际铁路，与既有线路小角度斜交，交角约为19°，如图1所示。

横向计算分析主要针对1～5号支点截面，B、C段的吊索所在的吊点截面，以及普通截面展开。其中B段共有22对拉索，即22个吊点截面；C段共有22对拉索，即22个吊点截面，全桥共计44个吊点截面，本文主要介绍普通截面及吊索截面的横向计算分。

2 结构设计

2.1 普通截面横框计算

(1)模型建立

普通截面横框计算主要针对A段主梁范围，此段梁体横向坡度从单坡4%渐变到单坡2%，模型选取单坡坡度最大的4%截面主梁进行模拟计算，在纵向取1延米作为计算单元，截面顶板、底板及腹板均采用梁单元进行建模，顶底板与腹板连接处采用刚性连接；考虑到主梁纵向传递荷载主要依靠腹板，单延米横框模型的约束设置在底板腹板位置，在两个中腹板及两个次腹板与底板连接处进行约束，左侧次腹板位置为固定支座，其余三个为横向活动支座；约束信息见表1。

图1 全桥布置与拖拉段示意(单位：m)

节点编号DXDYDZRXRYRZ89111101106011101113011101130011101

(2)预应力钢束布置

横向预应力布置主要布置在顶板上，每延米布置两根钢绞线，间距0.5 m。考虑张拉空间，采用单端张拉，左右侧间隔布置张拉端的方法进行布设，并根据纵向计算结果及纵向预应力布置，钢束横向布置不得与纵向预应力钢束冲突。横向预应力布置见图2；图2中圆圈代表纵向预应力束位置，图中APM1与APM2为横向预应力束，每延米两种钢束各配置一根，纵向间隔布置)

图2 普通截面横向预应力布置示意

(3)结果分析

对结构进行PSC验算，验算结果见图3。

图3 各项PSC验算

2.2 吊点截面横向计算

B段与C段分别具有22对拉索，拉索纵向间距有5 m、8 m、10 m三种，索横向作用点间距为1.0 m。根据隔板影响长度选取每个吊点的纵向计算宽度，在计算宽度范围内，模型中不考虑纵向中腹板与次腹板，将其自重以附加荷载的形式附加到实际作用位置，简化模型；模型中的隔板厚度为此吊点影响范围内的吊点隔板及非吊点隔板之和，据此建立midas模型。

B段212 m主梁采用单点连续顶推法施工，根据施工顺序，B段主梁横向预应力束张拉完成后，要完成顶推工序，顶推到位后，再张拉拉索。因此模型中建立两组支撑：拉索支撑及顶推支撑。从纵向计算结果的索力来分析，N1拉索竖向分力最小，N22拉索竖向分力最大，N2～N21号拉索的竖向分力均处于N1和N22之间，本文以N1与N22拉索分别建立模型，来分析两个极值索力状态下的应力分布。

根据吊点的受力特点分析，将吊点截面近似简化为简支悬臂结构，根据悬臂结构的特点，将活载尽可能分布在截面横向的外缘，增加受力力臂，活载根据杠杆分配，按车道荷载考虑，活载按照最不利布置形式，2、4、6、8车道均对称布置在最外侧。横载平均分配到腹板位置。

钢束：吊点截面的预应力钢束布置主要分两种，一是截面的顶板横向预应力钢束，顶板束采用5-7φ5预应力钢束，单侧张拉，左右侧张拉束间隔布置。考虑到翼缘板较薄，在吊索截面范围内，将拉索的非张拉端从翼缘板根部开始布置，同时在隔板位置布设三束5-7φ5的横向预应力束，锚固点布设在梁体边腹板位置。

钢束布置：从普通隔板截面的计算结果看，截面顶板布设间距0.5 m的横向预应力束，左右间隔单端张拉，同时根据吊点的计算结果，吊点隔板布设两束锚固于斜腹板的梁段张拉的钢束及一束锚固于彼边过人洞的钢束，具体布置如图4所示。

图4 N22吊点钢束布置

根据隔板有效宽度计算原则，N1与N22吊点计算结果如图5、图6所示。

图5 使用阶段正截面抗裂验算

图6 使用阶段斜截面抗裂验算

从计算结果看，N1与N22吊点各项PSC验算指标均满足要求，则可推论其余吊索也满足要求。在实际施工过程中及目前的运营状况来看，结构可靠。

2.3 支点截面横向计算

(1)模型建立

全桥共有6个支点，每个支点均有两个支撑约束与下部结构相连，模型为简支悬臂结构模型。根据实际约束间距及位置建立约束支撑，支撑信息见表2；将支点截面简化为横向简支梁模型进行建模，根据隔板有效宽度计算原则分别确定纵向有效宽度，其中5号墩支点同时承受支座反力和拉索拉力，建模时将拉索模拟附加荷载附加到拉索作用点。

表2 支点约束信息

(2)预应力钢束

支点处顶板仍然配置普通横框对应的顶板束，纵向间距0.5 m，同时，腹板内配置腹板束。

(3)结果内力

经过PSC检算，各支点内力计算结果如图7、图8所示。

图7 使用阶段长期荷载作用下正截面抗裂验算

图8 使用阶段正截面压应力验算

结构支点截面满足设计要求。

3 结束语

京新高速上地斜拉桥主梁为预应力混凝土大悬臂单箱五室截面，桥面宽度大，横向计算分析类型多，难度大；分别采用midas civil对普通横截面、吊点截面及支点截面进行建模计算分析，并进行了横向预应力筋配置，实践证明，这种配筋方式是安全可靠的。

(1)通过本文对单索面、大悬臂单箱五室横截面分析，可以将此模型简化理念推广到其他截面形式，为以后的实际工程提供参考。

(2)横向预应力筋布置时，要充分考虑纵向预应力筋的影响，与纵向预应力筋协调布置。

(3)在近拉索吊点的中隔板增加竖向预应力粗钢筋，使吊点处于三向预应力状态，对其受力效果明显。

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