例■匝隧强团■盈幽副■图匝_分析 重庆长江大桥复线桥主跨钢一砼接头内力组合分析 王俊如 , 郑 罡 , 代 彤。 (1.重庆城建控股(集团)有限责任公司,重庆400015;2.重庆交通科研设计院,重庆400067 3.林同梭国际(重庆)工程咨询有限公司,重庆400027) 摘 要:重庆长江大桥复线桥主跨中间108 In采用钢箱梁结构,两端为混凝土梁,钢梁和混凝土梁采用钢一 砼节段组合结构,在连续刚构桥中首次实现330 m的跨径。着重介绍了钢一砼接头内力组合的过程,分析研 究认为:在新老规范交替过程中,荷载组合过程中采用新规范未必偏于保守;对规范中未明确规定的体外预应 力力学效应,可按永久荷载进行组合。研究成果对同类结构的设计和研究有一定的参考价值。 关键词:钢一砼接头;连续刚构;内力组合;使用极限状态;承载能力极限状态 中图分类号:U448.23 文献标识码:A文章编号:1672—3953(2008)06—0048—03 重庆长江大桥复线桥采用大跨径钢与混凝土混 船舶撞击、纵向地震、横向地震等的作用效应。 合连续刚构一连续组合结构体系,其主跨330 m中 1.1 第一类作用的内力效应组合 间108 m采用钢箱梁结构,两端为混凝土梁。钢梁 (1)使用极限状态:总轴力一137 862 kN,负号 和混凝土梁采用钢一砼节段组合结构,在连续刚构 表明轴力为压力。使用极限状态总轴力主要由预应 桥中首次实现330 m的跨径。该钢一砼接头在设 力一次效应和体外预应力一次效应产生。应注意到 计上存在荷载组合、构造设计、细部分析等诸多难 内向组合值为代数和,含正负号,因此可能出现其中 点,本文对钢一砼接头内力组合过程和主要结果进 1种作用或2种及以上作用效应所占总效应比例大 行了介绍。 于100 的情况。总剪力6 658 kN,正号表明剪力 1 钢一砼接头内力的基本情况[1] 使结构产生顺时针转动趋势。使用极限状态总剪力 主要由自重荷载、预应力一次效应和体外预应力一 重庆石板坡长江大桥复线桥正桥钢 砼接头顺 次效应产生。总弯矩一24 174 kN・m,负号表明梁 桥向位置如图1所示。 结构上表面受拉。使用极限状态总弯矩中,除收缩 作用效应外,其余作用效应所占比例均较大。 (2)承载能力极限状态:总轴力一38 936 kN,主 旦9 螫亘l I 笪 画 要由体外预应力一次效应产生;总剪力4 723 kN, 钢砼接头.砼截面 钢砼接头.钢截面 主要由自重荷载和体外预应力一次效应产生;总弯 图1 实桥钢一砼接头顺桥向位置总体示意图(单位lram) 矩4 643 kN・m,其中体外预应力一次和二次效应、 产生钢一砼接头内力的19种作用共分为三类。 自重荷载效应、预应力二次效应对使用极限状态恒 第一类是自重、预应力和混凝土收缩、徐变作用,包 载作用总弯矩影响较大。 括:恒载(自重);混凝土收缩2次作用;混凝土徐变 (3)在进行承载能力极限状态验算时,预应力筋 2次作用;预应力1次作用;预应力2次作用;体外 (不含体外预应力筋,下同)作为普通受力钢筋计入 预应力1次作用;体外预应力2次作用。第二类是 截面抗力计算,此时内力组合不能计人预应力一次 活载作用,包括:人群荷载;人群满布荷载;城市汽车 效应;在进行使用极限状态验算时,内力组合须计入 荷载。第三类是附加荷载,包括整体温度上升、整体 预应力一次效应,而预应力一次效应对应的轴力、剪 温度下降、升温梯度、降温梯度、静风载、流水压力、 力和弯矩均较大。因此,对于钢一砼接头,其使用极 限状态恒载效应的总轴力、总剪力和总弯矩绝对值 收稿日期:2008—07—06 作者简介:王俊如(1962),男,高级工程师,1984年毕业于石 均高于承载能力极限状态对应内力绝对值。 家庄铁道学院桥梁工程系,工学学士。主要从事道桥施工与管理工 1.2 第二类作用的内力效应组合 作wjrcjjt@sina.corn (1)人群满布活载是城市桥梁的一种活载,其分 国防交通工程与技术 _ 2o08第6期 ・实例分析・ 重庆长江大桥复线桥主跨钢一砼接头内力组合分析 王俊如等 取值,钢一砼接头最不利正弯矩为122 889 kN・m, 最不利负弯矩为一103 189 kN・m。 由于《89规范》未对预应力2次作用及体外预应 布位置包括车道和人行道。因此,荷载组合时,人群 满布荷载不能与人群或车辆活载进行组合。 (2)弯矩:最不利弯矩组合下,城一A活载在 钢一砼接头附近产生的最大和最小纵向弯矩和人群 满布活载的弯矩效应基本相当,相差在5 以内;人 力1次和2次作用的荷载组合进行规定,参考《公路 钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JT— 群活载产生的最大和最小纵向弯矩分别为汽车活载 GD6o--2oo4)》_3](以下简称{04规范》)对预加力荷载 对应值的32 和35 。由于人群满布荷载不能与 效应的处理方式,采取措施为:当预应力作用对结构 人群或车辆活载进行组合,且人群与汽车荷载弯矩 承载能力不利时取1.2,当预应力作用对结构承载能 之和高于人群满布荷载对应弯矩,因此人群与汽车 力有利时取1.0。同时考虑和《89规范》的协调性,结 的荷载组合对重庆石板坡长江大桥正桥钢一砼接头 构重要性系数取1.0。此时,钢一砼接头最不利正、 将产生最不利活载弯矩,最不利正弯矩为28 000 kN 负弯矩分别为164 596 kN・m和--86 235 kN・m。 ・m,最不利负弯矩为一39 350 kN・m。最不利弯矩 参照 ̄O4规范》进行组合:根据《04规范》承载能 组合对应的轴力和剪力均较小,约为±2 000 kN。 力极限状态作用效应基本组合方式,永久荷载作用效 (3)剪力:最不利剪力组合下,城一A活载在 应中,结构自重、预应力二次作用、混凝土收缩和徐变 钢一砼接头附近产生的最大和最小纵向剪力和人群 产生的弯矩效应依次为一31 315 kN・rn、13 248 kN 满布活载的剪力效应基本相当,相差在l6 以内; ・ITI、一2 183 kN・m和l1 482 kN・m。组合的钢一 人群活载产生的最大和最小纵向剪力分别为城一A 砼接头承载能力极限状态最不利正、负弯矩分别为 活载对应值的28 和35 。由于人群满布荷载不 126 984 kN・m和一82 517 kN・m。 能与人群或车辆活载进行组合,且人群与汽车荷载剪 由于 ̄04规范》未对体外预应力1次和2次作用 力之和高于人群满布荷载对应剪力,因此人群与汽车 的荷载组合进行规定,参考《04规范》对预加力荷载 的荷载组合对重庆石板坡长江大桥正桥钢砼接头 效应的处理方式,体外索一、二次作用产生的弯矩效 将产生最不利活载剪力,剪力值约为±2 000 kN。 应分别是一48 576 kN・m和61 986 kN・m。这两种 1.3 第三类作用的内力效应组合 作用效应的分项系数对于负弯矩分别取1.2和1.0, 轴力和剪力均较小,轴力小于10 000 kN,剪力 对于正弯矩分别取1.0和1.2。因此,钢一混接头最 小于1,000 kN。升温梯度作用产生了较大的弯矩, 不利正、负弯矩分别为155 372 kN・m和一78 453 接近64 000 kN・m,其他附加荷载作用产生的弯矩 kN・121。 均不到升温梯度弯矩的2O 。 3 钢一砼接头使用极限荷载组合 2 钢一砼接头承载能力极限荷载组合 根据《89规范》对构件在正常使用极限状态的 在进行重庆长江大桥复线桥工程钢一砼接头设 应力和裂缝验算的有关规定可知,正常使用极限状 计荷载组合时,由于该工程施工图设计期间发布了新 态采用的荷载组合为组合I、组合II和组合III。经 规范,且由于结构本身的特殊性,其体外索作用在新 分析,钢一砼接头正常使用极限状态的最不利正、负 老规范中均未作规定,因此存在以下两个问题:①是 弯矩组合为组合II,弯矩值分别是80 329 kN・m 采用新规范还是老规范进行组合?②对于规范中未 和一84 369 kN・m。 作规定的体外预应力索及其预应力如何处理? 参照《公路桥涵设计通用规范(JTG D60— 本文对以上两个问题采用的解决办法是:分别 2004)》_4 规范按短期效应组合和长期效应组合两种 按照新、老规范进行荷载组合;对于新、老规范均未 组合方式进行组合:短期效应组合钢~砼接头最不 作规定的体外预应力索的一次和二次作用,按永久 利正、负弯矩分别为56 920 kN・m和一62 268 kN 荷载进行荷载组合;最后,对新、老规范修正后的荷 ・m;长期效应组合最不利正、负弯矩分别为46 454 载组合结果进行综合比较后采用。 kN・m和一47 402 kN・m。显然,就弯矩绝对值 严格按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥 而言,短期效应正、负最不利弯矩组合值均高于长期 涵设计规范(JTJo23--89)》l_2 (以下简称《89规范》) 效应组合。因此,设计上宜采用短期效应的弯矩值。 国防交通工程与技术 _ 2008第6期 ・实例分析・ 重庆长江大桥复线桥主跨钢一砼接头内力组合分析 王俊如等 4 钢一砼接头极限状态内力的最终确定 (2)从荷载组合结果来看,《89规范》的结果比 《04规范》要大10 ~35 ,这表明在新老规范交替 根据前文分析,不论对于使用极限状态还是承 的过程中,采用新规范的计算结果不一定是偏于保 载能力极限状态,按《89规范》组合的荷载效应均高 守的。 于按《04规范》。同时,考虑到石板坡长江大桥复线 (3)对于规范中未进行明确规定的体外预应力 桥设计采用的规范是《89规范》。因此,设计上可偏 索效应,本文提出对其按照永久荷载进行荷载组合。 于保守地采用《89规范》的组合结果,如表1所示。 (4)该桥主跨330 m采用钢一砼组合结构形 表1 钢一砼接头最不利弯矩和对应内力 式,对同类型铁路、公路大桥设计、研究以及教学有 一定的指导意义。 参考文献 [1]重庆交通科研设计院.重庆石板坡长江大桥加宽改造工 程正桥・钢~混接头模型试验研究项目・内力组合分析 专项报告[R].重庆:重庆交通科研设计院,2006 [2]交通部.JTJO23--89公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥 5 结论 涵设计规范Is].北京:人民交通出版社,1989 [3]中交公路规划设计院.JTGD60--2004公路钢筋混凝土 本文介绍了重庆长江大桥复线桥钢一砼接头内 及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京:人民交通出版 力组合过程和结果,主要分析结论为: 社,2004 (1)由于重庆长江大桥复线桥在设计过程中颁 [4]中交公路规划设计院.JTG D60--2004公路桥涵设计通 布了新的设计规范,因此,荷载组合应参照新、老规 用规范[S].北京:人民交通出版社,2004 范分别进行,宜取其中的保守结果作为荷载设计值。 An Analysis of the Combined Internal Forces of the Steel-Concrete Joints of the Main Span of the Chongqing Yangzhe River Bridge of the Double—tracking Railways Wang Junru , Zheng Gang2,Dai Tong (1.Chongqing Municipal Construction Co.Ltd.,Chongqing 400015: 2.Congqing Design and Research Institute of Traffic Science and Technology,Chongqing 400067; 3.Liu Tong—yan Consultative Co.I td.(Chongqing)of International Engineering,Chongqing 400027) Abstract:The 10am mid—span of the Chongqing Double—tracking Railway Yangtze River Bridge is made up of steel box girders,at both ends of which concrete beams are adopted.The steel box girder and the con— crete beams are joined with steel—concrete joints,which help realise the spanning distance of 330m in a con— tinuous rigid structure bridge.The combining process of the internal forces of the joints is dealt with in the paper.Our analysis and study show that in the transitional period from the old norm to the new norm,the application of the new norm to the loads--combining process is not necessarily conservative;as far as the pre—stressing effects outside the body are concerned,which are not clearly prescribed in the new norm, they may be regarded as permanent loads and combined.The results of our study may serve as a useful ref— erence for the study and design of structures of the same type. Key words:steel—concrete joint;continuous rigid structure;combination of internal forces;ultimate using state;ultimate bearing capability state 国防交通工程与技术 _ 2008第6期