不等邊跨連續(xù)梁橋受力分析

賈 鋒

（山西省交通規(guī)劃勘察設計院，山西 太原 030006）

1 概述

山西平定至陽曲高速公路經盂縣下烏紗村時跨越招山河，設招山河大橋，中心里程為K39+888，孔跨為5×30+5×30+5×30+(33+45+38)m，橋長566 m。

本次計算分析選取33+45+38 m一聯，上部結構采用單箱雙室預應力混凝土變截面連續(xù)箱梁，跨中梁高1.8 m，中支點梁高2.8 m，底板變寬，底板厚0.22～0.65 m，頂板寬16.5 m，頂板厚0.28 m，腹板厚0.5～0.8 m，懸臂板長2.5 m，懸臂板端部厚0.15 m。箱梁斷面布置見圖1、圖2。

圖1 中支點箱梁橫斷面

圖2 跨中箱梁橫斷面

2 技術標準

（1）連續(xù)梁橋跨布置：主橋為33+45+38 m預應力混凝土連續(xù)梁橋。

（2）設計車速：100 km/h。

（3）橋面寬度：半幅橋寬0.5 m（防撞護欄）+15.5 m（車行道）+0.5 m（防撞護欄）。

（4）橋面橫坡：單幅橋單向橫坡3%。

3 主要材料及其設計參數

3.1 混凝土

C50混凝土；彈性模量：34500 MPa；泊桑比：0.2；軸心抗壓強度標準值：fck=32.4 MPa；軸心抗壓強度設計值：fcd=22.4 MPa；軸心抗拉強度標準值：ftk=2.65Mpa；軸心抗拉強度設計值：ftd=1.83MPa；線膨脹系數：0.00001。

3.2 低松弛鋼絞線

直徑：15.2 mm

彈性模量：195000 MPa

抗拉強度標準值：1860 MPa

線膨脹系數：0.000012

3.3 設計荷載取值

（1）恒載。一期恒載：包括箱梁材料重量，混凝土容重取26 KN/m3，箱梁按實際斷面計取重量，橫梁按分布荷載計入。二期恒載：是橋面鋪裝和防撞護欄。經計算二期恒載取值為93.1 KN/m。

（2）活載。汽車荷載：采用公路-Ⅰ級，按4車道計算，橫向分布系數為4×1.15×0.67=3.082。沖擊系數：箱梁正彎矩沖擊系數0.15，箱梁負彎矩沖擊系數0.25。溫度荷載：最高溫度36°C，最低溫度-30°C，合攏溫度15°C。梯度溫度計算T1采用14°C，T2采用 5.5°C，A=300 mm。

4 總體縱向計算

4.1 荷載組合

（1）《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTG D60—2004）第 4.1.6條規(guī)定，按承載能力極限狀態(tài)設計時，采用基本組合。

（2）《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTG D60—2004）第 4.1.7條規(guī)定，按正常使用極限狀態(tài)設計時，采用作用長期效應組合和作用短期效應組合。

（3）持久狀況構件的應力計算采用作用標準值組合。

4.2 計算方法

總體計算主梁采用平面桿單元，總體計算根據橋梁施工流程劃分結構計算階段，根據規(guī)范要求進行持久狀況承載力極限狀態(tài)計算、持久狀況正常使用極限狀態(tài)計算和持久狀況和短暫狀況的構件應力計算，對結構構件的承載能力、抗裂、撓度和應力進行驗算。總體計算采用《橋梁博士V3.1.0》按A類預應力混凝土構件進行計算。

4.3 結構離散圖

選擇一聯33+45+38 m計算，橋梁離散為39個單元，40個節(jié)點。單元劃分見圖3。

圖3 連續(xù)梁結構離散圖

4.4 施工階段劃分

見表1。

表1 施工階段劃分表

4.5計算結果

4.5.1 持久狀況主梁抗彎極限承載能力驗算

由《橋梁博士V3.1.0》程序求得結構極限抗彎承載力和基本組合下的最不利彎矩，并對兩者進行對比，承載能力極限狀態(tài)驗算結果見圖4。

圖4 主梁作用基本組合極限承載能力包絡圖

4.5.2 正常使用極限狀態(tài)主梁抗裂驗算

（1）正截面抗裂驗算。

圖5 作用長期效應組合下主梁上、下緣正應力

從圖5可以看出，在荷載短期效應組合下，主梁正截面的最大拉應力為-0.1 MPa≤0.7 ftk=1.855；在荷載長期效應組合下，主梁正截面的最小正應力為1.4 MPa≥0。

（2）斜截面抗裂驗算。

圖6 作用短期效應組合下主梁上、下緣正應力

從圖6可以看出，在荷載短期效應組合下，主梁最大主拉應力為 -1.16 MPa≤0.5 ftk＝1.325 MPa。

4.5.3 持久狀況主梁應力驗算

在持久狀況下，主梁正截面的最大壓應力為11 MPa≤0.5 fck＝16.2 MPa，主梁截面最大主壓應力為10.99 MPa≤0.6 fck＝19.44 MPa。（計算圖式略）

4.5.4 短暫狀況主梁應力驗算

主梁施工階段最大壓應力為9.0 MPa，主梁施工階段均未出現拉應力，滿足規(guī)范要求。（計算圖式略）

4.5.5 正常使用極限狀態(tài)主梁撓度驗算

荷載短期效應組合(考慮荷載長期效應影響)作用下，在扣除結構自重產生的長期撓度后，主梁跨中豎向撓度為31.4mm≤45000/600＝75 mm，主梁撓度滿足規(guī)范要求。

5 結論

文章介紹的此類不等邊跨連續(xù)梁橋多用于左右幅橋梁錯孔設計跨越數條地方道路時使用。從分析不等邊跨的連續(xù)梁橋計算方法著手，重點介紹了這類不等邊跨連續(xù)梁橋的受力性能，為在實際工程項目中可能碰到的類似橋梁的設計提供一種計算依據。力學分析上，分別驗算了持久狀況主梁抗彎極限承載能力、正常使用極限狀態(tài)主梁抗裂、持久狀況主梁應力、短暫狀況主梁應力、正常使用極限狀態(tài)主梁撓度要求，計算結果均滿足要求。

[1]程翔云.梁橋理論與計算[M].北京：人民交通出版社.1990.

[2]邵旭東，程翔云，李立峰.橋梁設計與計算[M].北京：人民交通出版社，2008.

[3]張建仁，劉揚，許福友，郝海霞.結構可靠度理論及其在橋梁工程中的應用.