預應力混凝土連續箱梁設計研究

預應力混凝土連續箱梁設計研究

以實際工程為基礎，結合目前橋梁的主要結構形式與技術要求，確定了橋梁結構形式為預應力混凝土連續梁橋。然后參照規范，初步估算出橋梁的細部構造尺寸，進而計算出主梁截面幾何特性。最終對連續梁的承載力進行驗算，從而驗證了了橋梁設計的合理性，并提出依然存在的問題。

工程概況

目前我國大多數橋的結構多為多跨簡支梁和連續梁結構形式。連續梁是超靜定結構。在恒載作用下，連續梁的支點產生負彎矩而跨中產生正彎矩，類似于減小了跨中彎矩的大小，使彎矩的大小分配均勻，因而可以減小梁高，增大橋下凈空高度和節省材料。連續梁不僅剛度大，整體性好，超載能力強，而且安全度高，橋面伸縮縫較少，再加上跨中截面的彎矩減小，使得橋的跨度可以增大。簡支梁受力明確，特殊力的影響小，設計施工易標準化、簡單化。預應力混凝土連續梁橋具有諸多優點，比如接縫少、剛度好、行車平順舒適等，常被使用的跨度范圍是30－120m。因此該設計最終選用預應力混凝土連續箱梁橋。

大橋東西向橫跨黃河。左幅橋梁起訖樁號為ZK209+200.390～ZK210+842.000，全長1641.61米，上部結構為4×（3×50米裝配式預應力混凝土連續梁）+（80+4×150+80米預應力混凝土連續剛構）+ ×（5×30米裝配式預應力混凝土連續梁）+（4×30米裝配式預應力混凝土連續梁）。橋墩采用鋼筋混凝土實心墩、空心墩，灌注樁基礎；0號橋臺采用柱式臺，灌注樁基礎，左幅27號橋臺肋板臺，灌注樁基礎，右幅24號橋臺采用U臺，擴大基礎。

本橋采用3×50m，橋梁總長150m三跨預應力混凝土箱梁橋。梁體采用四片變截面預應力混凝土箱型梁，箱梁為單箱單室箱型斜腹板截面，混凝土采用C55，預制主梁高2.5m，頂板寬2.1m，底板寬1m，邊主梁頂板寬2.55m，底板寬1m，支點處截面腹、底板進行了加厚。施工方法采用預制拼裝，跨與跨之間采用簡支轉連續，預制主梁間采用0.9m 的現澆濕接縫。大橋布置圖見圖1所示。

圖1 該大橋立面布置圖

工程材料及主要材料參數

（1）混凝土

主梁采用C55混凝土，翼板濕接縫、墩頂濕接頭為C50微膨脹混凝土。橋面鋪裝上層為瀝青混凝土。

（2） 鋼材

①預應力鋼材

主橋縱向預應力材料采用符合GB/T 5224－2003的高強低松弛預應力鋼絞線。預應力鋼束公稱直

徑為15.2mm，面積為139mm2，抗拉強度標準值為1860MPa，預應力鋼筋的彈性模量為1.95MPa，錨下張拉控制應力為1395MPa。

②普通鋼筋采用R235和HRB335鋼筋，鋼筋直徑≥10mm，采用HRB335熱軋帶肋鋼；鋼筋直徑＜10mm者，采用R235（A3）鋼。

結構細部尺寸

箱形梁截面尺寸：梁高為2.5m，為便于模板制作和外形美觀，主梁沿縱向外輪廓尺寸保持不變，端部設置橫隔梁，高2.2m，寬0.5m，橫向共計4片箱形梁，采用濕接縫進行連接，濕接縫寬0.9m，厚度為0.2m，預制箱形梁跨中頂板寬2.1m，腹板厚0.25m，底板厚0.25m；端部頂板寬2.1m，腹板厚0.35m，頂板厚0.2m，底板厚0.35m，腹板和頂板間設有承托。底板厚度，腹板厚度在距支座中心線3.0m處，開始漸變為距支座中心線0.1m處的0.35m，如圖2所示。

主梁截面幾何特性計算

先算出各驗算面的毛截面特性和鋼束位置，以此為基礎計算出主梁凈截面和換算截面面積、慣性矩，然后算出梁截面分別對重心軸，上梗肋與下梗肋的靜矩，最后匯總成截面特性值總表，為各受力階段的應力驗算準備計算數據。截面幾何特性匯總見表1。

表1 截面幾何特性匯總見表

圖2 主梁橫斷面尺寸圖及縱剖面示意圖（單位：cm）

截面承載能力極限狀態計算

正截面承載力計算

依據《公路預應力混凝土橋涵設計規范》確定箱型截面翼緣板的有效寬度，對于連續梁：

由《公路預應力混凝土橋涵設計規范》查得理論跨徑

根據上述bi/li的比值，查得ρf=1.0，所以，

受壓區高度x 計算：

其中

所以

即中性軸在上翼緣中通過，為一類T形截面。

受壓區高度x 應符合下列要求

滿足《公路預應力混凝土橋涵設計規范》防止出現超筋梁及脆性破壞的要求。

正截面承載力驗算：對于跨中截面，帶入將x=162.698mm下式計算截面承載力：

所以跨中截面正截面承載力滿足要求。

對于L/4截面，按照跨中截面的計算方式，可得：

所以L/4截面正截面承載力滿足要求。

同理支點處截面，可得：

由上可知，支點處截面正截面承載力滿足要求。

驗算最小配筋率：最小配筋率應滿足以下條件：

式中：S0為全截面換算重心軸以上（或以下）部分截面對重心軸的面積矩，對于跨中及L/4截面，對于支點處截面；Np為使用階段張拉鋼束產生的預加力；An為混凝土凈截面面積和截面抵抗矩；W0為彈性抵抗矩；為扣除全部預應力損失后預應力筋的混凝土預壓應力。

對于跨中截面：構件抗裂邊緣產生的混凝土預壓應力

換算截面抗裂邊緣的彈性抵抗矩

所以跨中截面配筋率滿足要求。

對于L/4截面：

所以L/4截面配筋率滿足要求。

對于支點處截面：

所以支點處截面配筋率滿足要求。

斜截面承載力計算

本設計選取距支點h/2處的截面和變截面點處進行斜截面抗剪承載力驗算。箍筋采用四肢直徑12mm的R235鋼筋，設間距為sv=200mm ，距支點相當于一倍梁高范圍內，箍筋間距為sv=100mm 。

截面抗剪強度上下限復核，先進行截面抗剪強度上下限復核。依據《公預規》若符合下列公式要求時，則不需要進行斜截面抗剪承載力計算：

式中：Vd為驗算截面處作用產生的剪力組合設計值；為混凝土抗拉設計強度，對C55混凝土取值1.89MPa；α2為預應力提高系數，取 1.25；h0為計算截面處縱向鋼筋合力作用點至上邊緣的距離；b為驗算截面腹板寬度。

距支點h/2處截面：

所以應進行抗剪承載力驗算。

變截面點處截面：

因此應進行抗剪承載力驗算。

截面抗剪承載力計算：當進行截面抗剪承載力計算時，其截面尺寸應符合下列公式：

式中：fcuk為混凝土強度等級，對C55混凝土，

距支點h/2處截面：

變截面點處截面：

斜截面抗剪承載力按下式計算：

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.20.016