關鍵字： v型 連續剛構 橋樑 設計
一、概述
北運河大橋位於京瀋高速公路（北京段）k26＋430處，跨越北運河。北運河發源於北京東北部軍都山南麓，由東沙河、北沙河、南沙河子昌平縣沙河鎮匯合後始稱溫榆河，直至通州區北關閉，北關問以下稱北運河，北運河流域面積2478平方千米。北關間下又有通惠河、涼水河、風港城河等匯合南下，於河北省屈家店匯入永定河，再經海河流入渤海。北運河屬於海河水系，是公元605年隋朝時期開鑿的京杭大運河的源頭，它為當時的南北交通及經濟繁榮做出過巨大的貢獻，今天仍是北京東南方向的主要排灌河道。1962年、1973年水利部門對北運河進行過整治，1993年又按規劃河道重築左堤，兩堤間距擴至1345m澳標準為10年一遍開槽，20年一遇築堤，50年一通校校。根據規劃及水利部門的要求，綜合各方面因素，主橋採用三孔v型連續剛構，其跨徑為420＋780＋420m，兩端引橋分別為8mx25m和33mx25m預應力混凝土簡支 t梁。橋樑斜交角度為75度，橋樑全長 1189.08m，其中主橋長 162m，引橋長1027.08m.
北運河大橋主橋是京瀋高速公路上的控制工程，工期限制性較大，施工工藝及方法複雜，其直接影響施工進度及施工質量。為了加快進度、提高功率，v型墩及主箱梁施工採用滿堂紅支架方法，分3個階段現場澆築形成，預應力鋼束按規定階段分批進行張拉。另一方面，北運河主河道在常水位時水面寬120m，水深5m，經與有關單位反覆商定，最後以填土壓縮河道和臨時墩相結合的方法，解決了主河道搭設模板支架問題，實踐證明，該施工方法不但保證了河水暢通，同時又保證了工期和質量。臨時墩為樁基橫向焊接工宇梁，縱向鋪設貝雷梁構成。北運河大橋是京瀋高速公路上唯一的一座特大橋，主橋橋型選擇及整體布局是成功的，設計上採用的雙向預應力技術、大直徑群樁基礎、合理的施工階段劃分及施工工藝。局部的一些構造處理，保證了工期和質量，具有可取和獨到之處。
二、橋型選擇
根據規劃及水利部門的意見，在滿足水文計算的情況下，橋孔不小於1100m，主橋不小於200m，在眾多方案的基礎上，對主橋提出了三個橋型方案：
方案1：三孔v型連續剛構，跨徑布置為60＋100＋60m.
方案2：三孔變截面連續梁，跨徑布置為60＋90＋60m.
方案3：中承式鋼管混凝土拱橋，跨徑布置為40＋120 ＋ 40m.
各方案技術指標如表1所示。
方案1：v型連續劇構是近年來新發展起來的結構型式，橋型新穎美觀，v撐減小主跨跨徑，斷面尺寸減小，顯得更加輕巧，結構整體性好，施工方便，造價較低。
方案2：連續橋樑結構輕巧，受力合理，需大噸位支座，造價居中。
方案3：中承式鋼管混凝土拱橋，橋型美觀，結構較複雜，對基礎要求較高，施工難度較大，造價較高。
經技術、經濟綜合比較並報主管部門批准，最終採用v型連續劇構方案，經進一部與有關部門協商和最佳化，主孔跨徑減為78m，相應邊孔跨徑減為42m.
三、結構設計
北運河大橋主橋經規劃、水利、橋樑等方面專家論證，最後選用了結構布局合理、造型優美、經濟可行的v型連續剛構型式。
l 設計標準：設計荷載汽車一起20級，掛車-120；
地震裂度8度；
洪水頻率1／100；
設計流量q1%＝2262立方米/秒
設計流速 v槽＝2.03m／s；v灘＝034th／s；
設計水位 hs=20.23m.
2 上部結構
主橋上部結構為42十 78＋ 42m預應力混凝土 v型連續劇構，全長 162rn，全寬 30m，為上下行雙橋式經構；主梁採用變截面單箱雙室結構，截面高度變化曲線方程為鏇轉的二次拋物線，v撐與主梁銜接處用國曲線順接。主梁梁高 160～2 60m，翼板寬 14 zm，箱寬8. sin，頂板厚 25ctn，底板厚 20.，梁端及靠近 v撐處底板厚由 20.漸變至 50cm，腹板寬均為 0 .6m，靠聯接器處邊腹板寬由 0. 60m漸變至 0.75m，中腹板定由 0 .60m漸變至 0.80m；主梁共設17道模隔梁；v撐力實體截面。
3 下部結構
主墩：採用45號鋼筋混凝土矩形墩身，上接v撐，v撐中加豎向預應力，下接承台，長9.11米，寬4.70m，承台下為4排鑽孔灌注樁基礎，樁徑15m，樁長40m.
聯接墩：採用雙住橋墩，蓋梁為t形截面，由於主、引橋主梁高度不同，蓋梁項面縱橋向做成台階狀，長 12. 60m，寬 1.80m，高 1.708m.柱徑 13m，柱下接承台，承台為工字形，承台厚 2.0m，其下為雙排鑽孔灌注樁基礎，樁徑為 1.5米，樁長為 35. 0m.
4 其他
橋面鋪裝：橋面鋪裝力等厚度，共15厘米。上層為8cm厚瀝青混凝土，其中4厘米（玄武岩）中粒式瀝青混凝土，4厘米（石灰岩）中粒式瀝青混凝土，下層為7rm厚抗折混凝土。橋面混凝土與瀝青混凝土之間設防水層，防水層採用fwi71型橋面專用防水塗料。
支座及伸縮縫：伸縮縫採用xf160一ⅱ型毛勒縫。主橋聯接墩支座為四氛板式橡膠支座，其規格為60m x 40mx9.2厘米
四、結構分析
1 上部結構內力計算
本結構為v型連續劇構，在施工階段受力體系經三次交換，由低次超靜定向高次超靜定過渡，計算中縱、橫向均採用平面杯系假定，利用橋樑綜合程度分別對各施工階段及運營階段的受力情況進行了應力、應變分析。根據受力結果，合理調整支架的安裝與拆除、混凝土澆築及鋼束分批張拉順序，將各階段的截面受力嚴格控制在安全範圍之內。計算中考慮的荷載有：恆載、預應力、汽車荷載、掛車荷就溫度變化影響力、基礎變位影響力、混凝土收縮與徐變影響力等。由於篇幅限制，表2僅列出運營階段控制設計的主要組合內力。
2 預應力鋼束布置
根據受力狀況，主橋在箱梁及v撐內均布置了預應力鋼束，鋼束全部採用astma416-90a型高強度低鬆弛鋼絞線，標準強度r=1860mpa.每束力12x7φ5，每束張拉控制應力σk=0.72r=1339.2mpa，張拉力為2317.4kn.預應力錨具張拉端為ovm15－12型，非張拉端為ovm15-12p型，聯接器為ovm15-12l型。預應力鋼束除兩聯接器之間的通長鋼束採用兩端張拉外，余均為一端張拉，考慮到減少預應力損失，主樑上設兩道連線器裝置。
3 下部結構計算
下部結構分別接施工階段和運營階段進行了計算。計算荷載有溫度力、汽車荷載、掛車荷載、風力、汽車制動力及地震荷載。本橋位處地基屬於m類場地上。
溫度力按墩身剛度及基礎剛度計算。
下部結構地震力接反應借理論計算，分別考慮了兩種情況：
① 考慮一般沖刷線；
② 考慮地基土液化。按多質點分別計算各部分地震力。結構分為五部分：上部結構、撐、墩身、承台及基樁。按一股沖刷線計算主橋基本周期 ti= 0. 668s，按液化線計算時基本周期 ti=0. 7812s.
主橋基礎力承台下接群樁基礎，按m法計算。運營階段計算了最大沖刷線時基樁內力、地震荷載，計算了一般沖刷線及液化線時的基樁內力。考慮了上部結構溫度力，徐變影響力、上部預應力及基礎沉降對下部結構的影響，按最不利組合進行強度驗算。