1、阿尔 及利 亚东 西高 速公 路项 目技 术总 结简支 梁桥 下部 结构 的计 算内 容、 方法 和一般 过程 中铁 二院 交通 院 衡喜 山 四川 成都 610000U412.36+1前言 阿尔及利亚位于非洲西北部，北临地中海。此项目为阿尔及利亚贯通东西全境的第一条高速公路， 全长 927km。针对阿尔及利亚东西高速公路建设项目的特点，桥梁设计综合考虑了满足欧洲规范的 要求 、满 足当 地相 关法 规并 符合 当地 的工 程建 设习 惯、 充分 考虑 承包 人的 利益 和特 长、 尽量 采用标 准化 设计 等因 素， 因此 该项 目桥 梁大 量采 用结 构简 单、 施工 快速 的简 支桥 梁
2、， 这一 桥梁 设计 总 体思 路得 到了 阿国 管理 部门 的认 可， 并且 为我 国的 承包 商节 约了 大量 时间 和资 金， 为该 项目 的顺 利 实施 打下 了良 好的 基础 ，并 给以 后国 外的 工程 项目 留下 了可 供借 鉴的 成功 经验 。本 次总 结主 要是 针 对本 项目 简支 梁下 部结 构的 计算 内容 、方 法和 一般 过程 ，为 以后 在北 非地 区进 行桥 梁下 部结 构设 计做一 个参 考。2项目 概况 2.1工程 概况 工程 概况 工程 概况 工程 概况阿尔及利亚东西高速公路东连突尼斯、西接摩洛哥，它既是阿尔及利亚贯穿东西方向的主要交通大 动脉 ，又 是北
3、 非地 中海 沿岸 国家 重要 的战 略要 到； 该工 程也 是我 国首 次通 过国 际竞 标获 得的 大 型工 程项 目， 根据 合同 要求 ，必 须遵 循欧 洲的 标准 规范 进行 设计 ，同 时还 要考 虑当 地的 法规 、工 程 习惯 。 2.2地形 地貌 地形 地貌 地形 地貌 地形 地貌本人 参加 设计的 M1标段 地处 阿尔 及利 亚北 部山 区，为 Bouira和 BordjBouArrridj两省 交 界地区 ，沿 线 多 低山 、峡 谷 区 ，部 分为 浅丘 河谷 区 ，地 形起 伏 大 ，工 程较 艰巨 。 沿线 有被 当地 称为 森林的 地方 较多 ，但 由于 全年 降
4、雨 量少 ，因 此树 木并 不太 茂密 ，植 被也 稀疏 。有 众多 季节 性河 流； 沿 线沟 槽明 显， 部分 深切 ，沟 槽纵 坡较 陡； 沿线 水土 保持 差。3下部 结构 的计 算内 容、 方法 和一 般过 程 下部 结构 的计 算内 容、 方法 和一 般过 程 下部 结构 的计 算内 容、 方法 和一 般过 程 下部 结构 的计 算内 容、 方法 和一 般过 程 3.1计算 内容下部 结构 计算 ， 首 先 进行 全桥 纵向 水平 力 （ 包 括温 度力 、 制 动 力、 地 震 力） 分 配 ， 每 个桥 墩 根据分 配的 水平 力与 其它 力进 行内 力计 算， 桥台 除上 述
5、力 外尚 应考 虑台 后活 载及 土压 力、 地震 土压 力的影响 ，墩 台各 控制 截面 根据 单项 内力 进行 ELU-ELS-ELA组合， 然后 根据 内力 组合 进行 配筋 计算，取 最 不 利 配 筋 作 为 设 计 采 用 配 筋 。 详 细 计 算 流 程 见 下 图 ：全 桥 纵 向 水 平 力 分 配（ 温 度 力 、 制 动 力 、地 震 力 ） 单 个 桥 墩 顶 面纵 向 水 平 力单 个 桥 台 顶 面纵 向 水 平 力上 部 结 构 计 算 成 果上 部 结 构 计 算 成 果墩 底 截 面 顺 桥 向 内 力承 台 底 面 顺 桥 向 内 力台 后 活 载 作 用
6、台 后 土 压 力 作 用横 桥 向 力墩 底 截 面 配 筋 计 算墩 底 截 面 组 合 内 力单 个 基 桩 内 力 基 桩 配 筋 计 算 桩 长 计 算承 台 验 算台 身 顶 面 内 力台 身 底 面 内 力承 台 底 面 内 力台 身 顶 面 组 合 内 力台 身 底 面 组 合 内 力承 台 底 面 组 合 内 力 基 桩 配 筋 计 算 桩 长 计 算承 台 验 算台 身 顶 面 配 筋 计 算台 身 底 面 配 筋 计 算横 桥 向 力全 桥 下 部 计 算 流 程 图桥 墩 自 重桥 台 自 重3.2设计 标准 设计 标准 设计 标准 设计 标准设计 采用 的规 范为 合
7、同 规定 的规 范和 相关 技术 标准 ，主 要规 范和 标准 如下 ： * 钢筋 混凝 土规 范 :FASCICULE62(Titre1er)(sectionI)* 防震 标准 :EUROCODES8（欧 洲桥 梁抗 震规 范） +RPA99/2003（阿 尔及 利亚 桥梁 抗震 规范 ） * 荷载 :FASCICULE61Titre （阿 尔及 利亚 桥 梁荷载 标准 ） * 基础 计算 标准 :FASCICULE62* 土压 力计 算 :FASCICULE62Titre3.3技术 标准 技术 标准 技术 标准 技术 标准* 桥梁 类别 ：一 级桥 梁；* 裂缝 危害 等级 ： Prjud
8、iciable；* 设计 荷载 ： A、 B、 MC荷载 ；* 整体 温度 变化 值 ： 30 ；* 主梁 线膨 胀系 数 ： 0.00001；* 支座 摩阻 系数 ： 0.06；* 地震 区： 根据 不同 地震 区选 择不 同的 地震 加速 度* 用途 组： 大部 分为 1A用途 组 ；* 场地 土： 大部 分为 SII3.4主要 材料 主要 材料 主要 材料 主要 材料a)盖梁 、墩 身、 台身 、耳 背墙 、承 台、 搭板混凝 土： 抗压 标准 强度 fc28=27.0MPa，重 力密 度 =25kN/m3钢 筋： fe=500MPab)基桩 混凝 土： 抗压 标准 强度 fc28=35
9、.0MPa，重 力密 度 =25kN/m3钢 筋： fe=500MPac)支撑 装置 橡胶 支座 剪切 弹模 ： G=1.2MPad)台后 土体土的 内摩 擦角 ： 30.0 ，重 力密 度 =18kN/m33.5上部 荷载 上部 荷载 上部 荷载 上部 荷载上部结构 采用梁单元和板单元混合建模，其中预制 T形梁和现浇横隔板采用梁单元模拟，现浇桥面 板采 用板 单元 模拟 。结构分析采用土木工程专用计算软件 Midas/Civilv.2006和 Robobatv.20进行，其中静力计算及 应力 验算 采用 Midas/Civilv.2006，截 面配 筋计 算采用 Robobatv.20进行
10、。3.6下部 荷载 计算 方法 和过 程 下部 荷载 计算 方法 和过 程 下部 荷载 计算 方法 和过 程 下部 荷载 计算 方法 和过 程1恒载 计算下部 恒载 钢筋 混凝 土重 力密 度按 =25kN/m3，填 土重 力密 度按 =18kN/m3计算 。2土压 力计 算台后 及台 前溜 破土 压力 按库 仑主 动土 压力 计算 ，其 计算 公式 为 :，212AEHKa= ,)()( )()(1)( )( 22 + = CosCosSinSinCosCosKa其中 ： ：库 仑主 动土 压力 值；AE：库 仑主 动土 压力 系数 ；aK：为 土的 内摩 擦角 ；：为 墙体 与竖 直线 的
11、夹 角；：为 墙体 土体 的摩 擦角 ，取 ； 2/：为 土体 与水 平线 的夹 角3墩台 刚度 计算a)支座 刚度 hSGnK 支座其中 G：支 座的 剪切 模量S： 1个支 座的 面积h：支 座的 高度n：一 个墩 上支 座的 个数b)墩台 身刚 度墩身 刚度 ： 在 墩 顶作 用一 个单 位水 平力 F=1.0KN， 对 整 个桥 墩结 构进 行计 算， 求 出墩 顶水 平 位移 ，因 此， 墩身 刚度 。1墩身K台身 刚度 可视 为无 穷大 ， K=台身c)墩台 组合 刚度墩台身支座组合 KKK 111d)全桥 纵向 总刚 度 桥墩，组合桥台，组合总 KKK n23.2.4制动 力a)
12、A系列 活载)0035.020/( SSAA +制动力其中 ，)(21 LAaaA= )12/(36000230)( += LLAS： A系列 活载 加载 的面 积b)B系列 活载 B系列 活载 的制 动力 取一 辆汽 车的 总重 ， KNB300制动力计算 时， 取用 A、 B系列 活载 中制 动力 的大 者。5温度 力 取温 度变化 30度， 根据 各墩 台的 组合 刚度 可求 出各 墩台 分配 的水 平力 。6地震 力 6.1上部 结构 引起 的地 震力 计算地 震 力 的 计 算 采 用 反 应 波 谱 理 论 ， 计 算 过 程 中 参 考 了 PONTSCOURANTSENZONE
13、SISMIQUEGUIDEDECONCEPTION（ 以 下 简 称 “ 指南 ” ）一 书。a)纵向 地震 力计 算 ),(m ax TRaMF EN=式中： :一联 桥上 部结 构的 总有 效质 量， 可从 “ 3.1上部 计算 结果 摘要 ” 部分 查得 。M:地震加 速度 ，根 据本 桥的 地震 区域 和建 筑用 途组 ，在 阿 尔及 利亚 防震 标准 RPANa99/2003年版 表 4.2可查 得该 值。：衰 减为 5时 的弹 性反 应波 谱),(TRE系统 周期 ，总KMT=2根据 算出 的系 统周期 T， 据表 1可求 出 ， 进 而 可求 出一 联总 的水 平地 震力 ， 根
14、 据),(TRE m axF各个 墩台 的刚 度可 求出 每个 墩台 的水 平地 震力 m axFKFii=b)横向 地震 力计 算横向 地震 力的 计算 与纵 向地 震力 的计 算相 同。c)竖向 地震 力计 算 竖向 地震 力的 计算 采用 下列 公式 进行 计算 :LbaR =式中 a:该参 数取 决于 地震 运动 和场 地类 型， 可从 “ 指南 ” 一书表 4 6查得 ，b:该参 数取 决于 所考 虑的 支撑 反应 以及 边中 跨比 ，可 从 “ 指南 ” 一书表 4 7查得 ，:桥面 的线 密度 ，L：主 跨长 度6.2墩台 结构 自重 引起 的地 震力 计算场地 类型 ArcAC
15、0 T Tc ArcACTc T Td ArcACTD T TE TB(s)TC(s)TD(s)S0 RE(T)=2.5RE(T)=0.75/T RE(T)=2/T2 0.150.32.67S1 RE(T)=2.5RE(T)=1/TRE(T)=3.2/T2 0.200.43.20S2 RE(T)=2.25 RE(T)=1.35/T RE(T)=5.2/T2 0.220.63.85S3 RE(T)=2.0RE(T)=1.8/TRE(T)=8/T2 0.250.94.44a)纵、 横向 地震 力计 算 墩 台 自 重 引 起 的 纵 向 及 横 向 地 震 力 计 算 方 法 同 上 部 结 构
16、引 起 的 地 震 力 计 算 ，仅 是墩 台身 周期 公式 有所 变化 ， 墩台 身自 身周 期公 式为),(m ax TRaMF EN= EISLT 4784.1=式中:混凝 土的 密度S:墩台 身截 面积L:墩台 身的 高度I：对 应纵 向或 横向 墩身 的惯 矩b)竖向 地震 力计 算 墩台自重引起的竖向地震力计算方法同纵向地震力的计算 ，该公式),(TRaMF ENv =中， 周期 T被认 为始 终位 于反 应波 谱的 水平 段， 取纵 向地 震加 速度的 0.7倍。Na6.3台后 土压 力引 起的 地震 力计 算根据 Mononobe-Okabe理论 ，主 动地 震土 压力 系数
17、,)()( )()(1)( )( 22 + = CosCosSinSinCosCos CosKad其中hvNhvh KKaKK 5.0,1arctan =：意 义同 前；,地震 土压 力2)1(21 HKKE vadad +=6.4台后 活载本报 告考 虑了 作用 在台 后破 棱体 长度 范围内 A、 B、 Mc和特 殊荷 载的 效应 。7荷载 组合7.1E.L.U+0.8Tm axm in 1.51.35 G+G+1.35rrpQWQT其中Gmax：全 部不 利的 长期 作用 力；Gmin：全 部有 利的 长期 作用 力；Qr：常 规活 载（ A、 B车列 及人 行道 活载 ）；Qrp：具
18、有特 性的 活载 （坦 克或 D、 E等特 殊荷 载） ；W：风 荷载 ；T：温 差荷 载， 取 3007.2E.L.S+0.6Tm axm in rrpQGG+7.3E.L.A + )(3.0 )(3.0 )(3.0m inm ax TLV VLT VTL EEE EEEGG其中 ： 纵向 地震 力LE： 横向 地震 力TE： 竖向 地震 力vE8桩基 础计 算 桩基础 相对 于承 台有 一个 对称 面， 外力 作用 于此 对称 面内 ，假 定承 台与 桩头 的联 结为 刚性 的，由于 各桩 与荷 载的 相对 位置 不尽 相同 ，桩 顶在 外荷 载作 用下 其变 位就 会不 同， 外荷 载分
19、 配到 桩顶 的Pi、 Mi、 Qi也就 各异 ， 采 用结 构位 移法 解出 各桩 顶上的 Pi、 Mi、 Qi后， 即 可 用单 桩的 计算 方法 （ 弹性地 基梁 法） 来进 行桩 的内 力计 算。 单桩 顶的 内力 计算 采用 下列 公式 ：= += 0304 0302 0011 )(aMaQ xbbPii iii 式中 为一 根桩 桩顶 的刚 度系 数，4,3,2,1可按 下式 计算 ：=+=mmQEIIxEIxACAhl42332 0001 11 分别 为承 台中 心点 在外 力作 用下 产生 的横 轴向 位移（ x轴 ）、 竖 轴 向 位 移 (z轴 )及转 角 ，000,ba可
20、按 下式 计算 ：+= += =23212142 320 23212142312140 10 )( )( )( nxnn HnMn nxnn MnHxnanNbni ini ini i桩身 弯矩 计算 采用 SAP20建立 模型 计算 ， 配 筋 采用 Robatv.20进行 。 本 计 算书 只摘 录 计算结 果， 计算 过程 只摘 录其中 CULEE1。9钢筋 计算 S1截面 的验 算弯 矩，= aaRMuus 35.0211根据 BAEL91中受 弯构 件的 计算 方法 计算 S1截面 下缘 配筋 A。承台 上缘 钢筋 。AA1.0=10压杆 混凝 土验 算压杆 混凝 土压 应力 MPa
21、fDRBR cupubc 3.249.0)sin(2sin2 282121 = 1抗剪 切验 算S2截面 的验 算剪 切力 8280lim212 cuuus dfbVRV =12箍筋 计算箍筋 At及其 间距 St应满 足 ，其 中， ，9.03.00 tjusettt ffsbA dbRdbVuuu 010=则箍 筋分 布率 满足 。09.03.0bffsAsettjutt 箍筋 最小 分布 率要 求 ，当 箍筋 采用 FeE500型号 的钢 筋时 ，箍 筋最 小分 布 率MPafSbAettt 4.00 。00008.0bSAtt4与国 内简 支梁 桥下 部结 构计 算的 比较 国内 简支
22、 梁桥 下部 结构 多采 用双 柱式 桥墩 接桩 基础 ，由 于本 项目 地震 力较 大， 通过 计算 横向 地震力可达到重量的 60%70%，如果采用单柱接单桩的基础形式，往往不能通过桩基的强度计算，因此多采 用墩 接承 台接 桩基 的结 构形 式。 国 内一 般桥 台高 度控 制在 67m之间 ， 本 项 目由 于地 形限 制和 造价影 响， 桥 台 多处于 8m10m之间 ， 因 此对 本项 目对 桥台 设计 提出 了更 加严 格的 要求 ， 我 们 通常 采 用扶壁 式桥 台， 群桩 基础 来克 服地 震力 对桥 台影 响。5结语 整条路线处于地中海沿岸，地震活动频繁，多有地震发生，地
23、震力成为了简支梁下部结构设计的主 要控 制因 素， 我们 采用 多种 方法 来消 除和 控制 地震 力对 结构 产生 的不 利影 响， 比如 特殊 设计 支 座， 国 内 板式 橡胶 支座 中橡 胶的 高度 多为 5cm， 我 们采 用的 橡胶 高度为 8.8cm， 采 用 滑板 支座 让受 力更加 清楚 ，设 置墩 梁限 位块 防止 落梁 ；采 用群 桩基 础来 消除 桩顶 较大 的轴 力和 弯矩 和基 础倾 覆的 危 险性 。 本 次设 计也 充分 考虑 了施 工工 程， 全 线 统一 采用 1.2m的桩 基， 方 便 了施 工的 准确 和快 速， 大量采 用简 支梁 对按 时完 工起 到了 决定 性作 用。
