阿尔及利亚东西高速公路项目技术总结

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+61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，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2.12.12.12.1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。2.22.22.22.2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BordjBouArréridj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3.13.13.13.1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3.23.23.23.2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:FASCICULE61TitreⅡ（阿尔及利亚桥梁荷载标准）*基础计算标准:FASCICULE62*土压力计算:FASCICULE62TitreⅤ3.33.33.33.3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：Préjudiciable；*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SII3.43.43.43.4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γ=25kN/m3钢筋：fe=500MPab)基桩混凝土：抗压标准强度fc28=35.0MPa，重力密度γ=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γ=18kN/m33.53.53.53.5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。3.63.63.63.6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γ=25kN/m3，填土重力密度按γ=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:，212AEHKaγ=,)()()()(1)()(22⎥⎦⎤⎢⎣⎡−+−+++−=βεεδβϕϕδεδεϕCosCosSinSinCosCosKa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；ϕ：为墙体与竖直线的夹角；ε：为墙体土体的摩擦角，取；δ2/ϕ：为土体与水平线的夹角β3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＋＝KKK111d)全桥纵向总刚度桥墩，组合桥台，组合总＋＝KKK××n23.2.4制动力a)A系列活载)0035.020/(SSAA+×＝制动力其中，)(21LAaaA××=)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《PONTSCOURANTSENZONESISMIQUEGUIDEDECONCEPTION》（以下简称“指南”）一书。a)纵向地震力计算),(maxζTRaMFEN××=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),(ζTRE系统周期，总KMT××=π2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，根据),(ζTREmaxF各个墩台的刚度可求出每个墩台的水平地震力maxFKKFii=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×××=µ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，µL：主跨长度6.2墩台结构自重引起的地震力计算场地类型ArcAC0≤T≤TcArcACTc≤T≤TdArcACTD≤T≤TETB(s)TC(s)TD(s)S0RE(T)=2.5RE(T)=0.75/TRE(T)=2/T20.150.32.67S1RE(T)=2.5RE(T)=1/TRE(T)=3.2/T20.200.43.20S2RE(T)=2.25RE(T)=1.35/TRE(T)=5.2/T20.220.63.85S3RE(T)=2.0RE(T)=1.8/TRE(T)=8/T20.250.94.44a)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),(maxζTRaMFEN××=EISLT4784.1ρ=式中ρ: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),(ζTRaMFENv××=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,)()()()(1)()(22⎥⎦⎤⎢⎣⎡−++−−++++⋅−−=βεθεδθβϕϕδθεδθθεϕCosCosSinSinCosCosCosKad其中hvNhvhKKaKKK5.0,,1arctan==±=θ：意义同前；βδεϕ,,,地震土压力2)1(21HKKEvadadγ+=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++++0.8T[]maxmin1.51.35G+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+0.6TmaxminrrpQGGQ⎧++⎨⎩7.3E.L.A⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧++++++++)(3.0)(3.0)(3.0minmaxTLVVLTVTLEEEEEEEEEGG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：⎪⎭⎪⎬⎫−=−=+==030403020011)(aMaQxbbPiiiiiρβρβρρβρρ式中�为一根桩桩顶的刚度系数，4,3,2,1ρρρρ可按下式计算：⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫===++=mmQEIEIxEIxACAEhlφαραραρζρ42332000111����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,,βba可按下式计算：⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎬⎫−++=−+++==∑∑∑===232121423202321214231214010)()()(ρρρρρρβρρρρρρρρnxnnHnMnnxnnMnHxnanNbniiniinii�桩身弯矩计算采用SAP2000SAP2000SAP2000SAP2000建立模型计算，配筋采用RobobatRobobatRobobatRobobatv.20v.20v.20v.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，⎥⎦⎤⎢⎣⎡−′=aaRMuus35.0211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MPafDRBRcupubc3.249.0)sin(2sin2282121=≤==θπθσ11抗剪切验算S2截面的验算剪切力8280lim212cuuusdfbVRV=≤=12箍筋计算箍筋At及其间距St应满足，其中，，9.03.00tjusetttffsbA⋅−≥⋅⋅τγdbRdbVuuu010==τ则箍筋分布率满足。09.03.0bffsAsettjutt