【摘要】框架桥是一种无伸缩缝无支座的结构，目前，框架桥通常采用带底板闭合式的结构形式，采用承台桩基础的开口式结构在国内工程实例尚少。本文对某座承台桩基础框架桥设计进行了研究。采用桥梁通用计算软件MIDASCIVIL建立结构空间模型，合理拟定边界条件，整理分析计算结果，进行结构设计。
【关键词】框架桥；计算模型；边界条件；结构设计
【中图分类号】TU473.1【文献标识码】A【文章编号】1002-8544（2015）07-0140-01
1计算模型
在常规桥梁设计中，常用的简化计算模型是杆系模型。从分析的角度来看，杆系结构可分为连续梁、平面桁架、平面刚架、格栅、空间桁架和空间刚架等6种基本类型。由于条件限制，不得不设计曲线半径极小、宽跨比极大或斜交角度极大的特殊桥梁（这种类型的桥梁多见于市政、厂区内部）。这些特殊桥梁，其空间效应明显，受力情况极其复杂，采用简化的杆系模型难以模拟桥梁结构受力的真实情况。对于这些特殊桥梁，采用空间板单元模型或空间实体模型能更准确更真实的体现桥梁结构的复杂受力情况。
2某承台桩基础框架桥计算模型研究
2.1工程概况
本桥位于黄石市东北区域，为新冶钢厂区铁路和厂区主干道上跨黄石市主干道黄石大道。桥上设有两线铁路（两线中心距为5m）和一条厂区主干道（桥上公路宽12m）。桥梁斜交角度为46.64°。本桥为两跨连续的整体式桥台桥梁，单跨净跨斜长为19.66m，桥梁沿黄石大道斜长为39.53m。结构总高7.3m。顶板厚1.3m，正截面边墙厚1.0m，中墙厚0.8m，墙体与顶板之间加腋，水平向1.5m，竖向0.5m。上部框架结构采用普通钢筋混凝土（C40）实心板，下部采用承台桩基础。鉴于桥梁处地下水位较高，本桥采用了承台桩基础形式，未设底板，结构为非闭合式框架桥。根据桥位处地质情况，本桥桩基础按嵌岩桩设计。本桥桥宽（沿黄石大道方向长度）约为跨度的两倍，同时结合桥上既有公路荷载又有铁路荷载，为了明确桥梁结构受力，减小收缩徐变温度等对桥梁结构产生的不利影响，简化桥梁结构设计，沿顺桥向采用纵向分隔缝将本桥分为公路桥和铁路桥。
2.2计算模型简化
本桥采用承台桩基础非闭合式框架桥结构形式，桥梁宽跨比大、斜交角度超过45°。在外荷载、收缩徐变和温度的共同作用下，桥梁结构产生复杂的弯剪扭耦合效应。由于本桥空间耦合作用效应明显，采用杆系模型中的梁格法仍然难以准确模拟桥梁结构的复杂受力情况，因此，本桥采用空间板单元来模拟上部框架结构（包括顶板、中墙、边墙）的受力情况，下部承台桩基础采用桩土共同作用来模拟。为了使计算结果符合实际受力情况，正确模拟边界条件至关重要。本模型中，将桩土共同作用模拟为作用在桩体单元节点上的土弹簧，桩底采用固结的方式，模型中桩基长度没有取实际的桩长，而是根据桩基受力特点，取桩底以下6~8m，也即桩基的反弯点处。根据以往工程实践经验，采取这种边界条件的计算模型其结果能满足工程精度要求，并且大大的简化计算工作量。土弹簧的计算采取m法，计算每个节点处顺桥向、横桥向等效弹簧刚度K。要求得K值，首先必须知道地基系数C值，顺桥向、横桥向桩基计算宽度b值以及节点影响高度h，再根据公式K=C×b×h求得。其中地基系数可以根据地勘报告中各土层m值乘以计算点埋深求出，计算宽度b值可根据桩基间距及桩径大小求出，节点影响高度h为模型中桩基单元划分长度。
2.3结构设计
根据以上计算模型，采取合理的边界条件，分别对结构顶板、中墙、边墙、桩基础受力情况进行了分析，通过提取最不利工况下内力组合情况，设计结构受力主筋，情况如下。①顶板内力及钢筋布置顶板跨中最大正弯矩：1102kN.m，中墙处负弯矩：-2051kN.m，钝角处局部最大负弯矩：-2944kN.m。相同工况下，顶板跨中剪力：215kN，1/4跨度处：-699kN，中墙处：-905kN。根据以上内力结果计算的配筋情况如下：下缘每延米设8根直径22mm和28mm的主筋两层，中墙及边墙处顶板上缘每延米设两层8根直径28mm钢筋，并设置8根直径22mm抗剪斜筋。②边墙内力及钢筋布置边墙最大正弯矩：151kN.m，最大负弯矩：-1205kN.m，局部最大负弯矩：-1800kN.m；最大剪力：555kN。配筋如下：外侧正常段每延米布置8根直径22mm和28mm钢筋两层，外侧底部布置每延米8根直径28mm和22mm钢筋三层（其中直径22mm钢筋布置两层），外侧墙顶每延米布置8根直径28mm和22mm钢筋三层（其中直径28mm钢筋布置两层）。③中墙内力及钢筋布置中墙最大正弯矩：311kN.m，局部最大负弯矩为-2406kN.m；最大剪力为451kN。据此，内外侧正常段每延米布置8根直径22mm和25mm钢筋两层，墙底内外侧每延米布置8根直径22mm和25mm钢筋三层（其中直径22mm钢筋两层），墙顶每延米布置8根直径22mm和25mm钢筋三层（其中直径22mm钢筋两层）。④裂缝及挠度跨中处顶板最大裂缝为0.19mm，中墙处顶板最大裂缝为0.16mm，满足规范要求。顶板最大竖向挠度为18mm，满足规范允许挠度的要求（按[f]=l/800=25.8mm考虑）。
3结论
本桥于2009年建成通车，现阶段运营情况良好，尚未出现桥体开裂、挠度过大、承载力不足等现象。通过本框架桥设计，得出以下结论。
1）对于地下水位较高且地质条件并不良好的框架桥，若采用现浇施工，可以不采用带底板的闭合式框架结构，采用承台桩基础代替结构的底板不仅可以很好的解决框架桥施工时结构抗浮的问题，同时也省去了地基加固处理。
2）若桥梁斜交角度较大，顺桥下道路方向较长，框架桥顶板直接承受公路、铁路荷载时，可在结构中间设置通缝（缝平行于桥上线路走向），将桥体一分为二，减小扭转效应。
3）对斜交框架桥结构，采用平面杆系其计算精度不能满足设计要求，宜采用空间板单元模型。
4）不同的边界条件对结构计算结果影响较大。本桥基础采用土弹簧，模拟桩土共同作用内蒙古职称，计算结果更为可靠。
参考文献
[1]林志平，彭大文，美国整体式桥台无伸缩缝桥梁调查与分析，世界桥梁[J]，2006（4）
作者：刘泰松 单位：中铁第五勘察设计院集团有限公司
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