上跨奮進路箱梁設(shè)計計算

吳駿

（貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司，貴州 貴 陽 5 50081）

上跨奮進路箱梁設(shè)計計算

吳駿

（貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司，貴州 貴 陽 5 50081）

以上跨奮進路橋梁為背景，介紹了相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、橋跨布置及結(jié)構(gòu)設(shè)計，并對箱梁結(jié)構(gòu)進行了詳細的計算分析，為同類橋梁設(shè)計工程提供參考。

箱梁；結(jié)構(gòu)設(shè)計；計算分析

1 概 述

貴陽市金華物流園區(qū)奮進路道路工程1號路為紅線寬度30 m的城市干道，建設(shè)樁號K0+248.797與貴黃高速公路K14+675.000交叉，交角為75°。奮進路道路工程1號路在此處下穿貴黃高速公路，交叉處的貴黃高速為填方路基，現(xiàn)需挖開路基設(shè)置跨線橋。

橋跨布置采用2-30 m預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，斜交15°。下部結(jié)構(gòu)：橋墩為雙柱式矩形墩，承臺樁基礎(chǔ)；0#、2#橋臺均為重力式U型橋臺，承臺樁基礎(chǔ)。箱梁采用支架現(xiàn)澆施工，下部墩、臺采用現(xiàn)澆施工，樁基采用機械成孔。

2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）設(shè)計基準(zhǔn)期：100 a；

（2）設(shè)計荷載：公路-Ⅰ級；

（3）設(shè)計速度：80 km/h；

（4）行車道寬度：2×凈-8.5 m。

（5）橋區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度，橋梁抗震設(shè)防措施等級為7級。

3 主要材料

3.1 混凝土

現(xiàn)澆箱梁及橋面現(xiàn)澆層混凝土采用C50；承臺、樁基、臺帽采用C30混凝土；橋墩、墩頂系梁采用C40混凝土；橋面鋪裝采用瀝青混凝土。

3.2 普通鋼筋

普通鋼筋分為HPB300級、HRB400級、HRB500級三種，HPB300級鋼筋應(yīng)符合GB1499.1-2008的有關(guān)規(guī)定，HRB400級、HRB500級鋼筋應(yīng)符合GB1499.2-2008的有關(guān)規(guī)定。鋼筋的抗拉、拉壓設(shè)計強度：HPB300級鋼筋fsd=fsd′=250 MPa；HRB400級鋼筋fsd=fsd′=330 MPa；HRB500級鋼筋fsd=fsd′= 415 MPa。

HPB300級鋼筋主要采用了直徑10 mm、8 mm；HRB400鋼筋主要采用了直徑20 mm、16 mm、12 mm三種規(guī)格；HRB500鋼筋主要采用了直徑28 mm、25 mm、22 mm三種規(guī)格。

3.3 預(yù)應(yīng)力鋼筋

采用《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》（GB/T5224-2003）標(biāo)準(zhǔn)的低松弛高強度鋼絞線，其抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1 860 MPa，公稱直徑d=15.2 mm，彈性模量Ep=1.95×105MPa，松馳率0.035，松馳系數(shù)0.3。箱梁鋼束采用M15-19群錨以及配套產(chǎn)品，預(yù)應(yīng)力管道均采用圓形塑料波紋管。

4 箱梁設(shè)計計算

4.1 箱梁一般構(gòu)造

箱梁為等高、等截面箱梁，采用單箱單室，頂寬9.48 m，底寬5.48 m，梁高1.8 m，挑臂長度2 m。箱梁頂板厚度0.25 m，底板厚度0.20 m，腹板寬度0.40 m，箱梁頂板、腹板、底板在靠近端橫梁、中橫梁段均采取線性加厚。箱梁在橋臺頂設(shè)置端橫梁，厚1.8 m，在橋墩墩頂設(shè)置中橫梁，厚2.0 m。圖1為箱梁跨中橫斷面。

圖1 箱梁跨中橫斷面圖（單位：cm）

圖2 箱梁預(yù)應(yīng)力鋼束立面布置圖

4.2 箱梁設(shè)計計算參數(shù)

（1）混凝土：C50，重力密度γ=26.0 kN/m3，彈性模量為Ec=3.45×104MPa；

（2）瀝青混凝土：重力密度γ=24.0 kN/m3；

（3）預(yù)應(yīng)力鋼筋：彈性模量Ep=1.95×105MPa，松馳率ρ=0.035，松馳系數(shù)ζ=0.3；

（4）錨具：錨具變形、鋼束回縮取6 mm（一端）；（5）管道摩擦系數(shù)：u=0.17（塑料波紋管）；（6）管道偏差系數(shù)：κ=0.001 5；（7）支座不均勻沉降：Δ=5 mm；

（8）豎向梯度溫度效應(yīng)：考慮瀝青鋪裝層和橋面現(xiàn)澆層對梯度溫度的影響，按現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定取值。

4.3 計算模型

總體計算采用橋梁博士V3.3計算軟件，按施工流程分階段建立模型（見圖3），并按規(guī)范要求對結(jié)構(gòu)施工階段和成橋階段進行驗算。箱梁有限元模型共計34個單元和34個節(jié)點。箱梁構(gòu)件為預(yù)應(yīng)力A類混凝土構(gòu)件。

圖3 箱梁有限元模型

計算模型共分為3個施工階段:（1）滿堂支架法現(xiàn)澆箱梁，并張拉預(yù)應(yīng)力鋼束；（2）二期鋪裝及橋梁附屬設(shè)施施工；（3）3 650天收縮徐變。

4.4 箱梁計算

4.4.1 持久狀況承載能力極限狀態(tài)強度驗算

根據(jù)《公橋規(guī)》第5.1.5條規(guī)范，構(gòu)件承載能力極限階段強度應(yīng)符合式（1）要求[1，2]：

主梁抗力及對應(yīng)的內(nèi)力如圖4、圖5所示（外緣線為抗力，中間線為組合內(nèi)力）。

圖4 箱梁最大抗力及其對應(yīng)內(nèi)力（單位：kN·m）

圖5 箱梁最小抗力及其對應(yīng)內(nèi)力（單位：kN·m）

從驗算結(jié)果圖形可以看出：箱梁各截面承載能力極限狀態(tài)強度滿足規(guī)范要求。

4.4.2 持久狀況正常使用極限狀態(tài)截面抗裂驗算

（1）正截面抗裂驗算

對于部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件，在作用（荷載）短期效應(yīng)組合下，應(yīng)符合下列條件[1，2]：

圖6 短期效應(yīng)組合下混凝土最小正應(yīng)力圖（單位：MPa）

但在荷載長期效應(yīng)組合下：

圖7 長期效應(yīng)組合下混凝土最小正應(yīng)力圖（單位：MPa）

箱梁在短期效應(yīng)組合下各截面上下緣最小正應(yīng)力如圖6所示。

箱梁在長期效應(yīng)組合下各截面上下緣最小正應(yīng)力如圖7所示。

從圖中可見，箱梁在短期效應(yīng)組合下，僅墩頂箱梁上緣受拉，拉應(yīng)力為0.12 MPa，小于規(guī)范規(guī)定值，并且在長期效應(yīng)組合下，各截面均受壓，因此，箱梁正截面驗算滿足規(guī)范要求。

（2）斜截面抗裂驗算

A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，在作用（或荷載）短期

圖8 短期效應(yīng)組合下箱梁主拉應(yīng)力圖（單位：MPa）

效應(yīng)組合下現(xiàn)場澆筑構(gòu)件應(yīng)符合下列條件[1，2]：

箱梁在短期效應(yīng)組合下各截面的最小主拉應(yīng)力如圖8所示。

箱梁截面最大主拉應(yīng)力為1.01 MPa，滿足規(guī)范要求。

4.4.3 持久狀況構(gòu)件應(yīng)力驗算

（1）正截面混凝土法向壓應(yīng)力驗算

使用階段預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件正截面混凝

圖9 持久狀況箱梁最大正應(yīng)力圖（單位：MPa）

土的壓應(yīng)力應(yīng)符合下列規(guī)定[1，2]：

箱梁在標(biāo)準(zhǔn)組合下各截面上下緣最大正應(yīng)力如圖9所示。

箱梁最大法向壓應(yīng)力為11.1 MPa，滿足規(guī)范要求。

（2）斜截面混凝土的主壓應(yīng)力驗算

使用階段預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件混凝土的主

圖10 持久狀況箱梁最大主壓應(yīng)力圖（單位：MPa）

壓應(yīng)力應(yīng)符合下列規(guī)定[1，2]：

箱梁在標(biāo)準(zhǔn)組合下各截面的最大主壓應(yīng)力如圖10所示。

箱梁斜截面最大主壓應(yīng)力為11.1 MPa，滿足規(guī)范要求。

（3）正截面受拉區(qū)鋼筋拉應(yīng)力驗算

使用階段預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件預(yù)應(yīng)力鋼筋的拉應(yīng)力應(yīng)符合下列規(guī)定[1，2]：

箱梁受拉區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋最大拉應(yīng)力為1 205.8 MPa，滿足規(guī)范要求。

4.4.4 短暫狀況構(gòu)件應(yīng)力驗算結(jié)果

預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件，在預(yù)應(yīng)力和構(gòu)件自重等施工荷載作用下截面邊緣混凝土的法向壓應(yīng)力應(yīng)符合[1，2]：

表1 短暫狀況下箱梁上下緣最大壓應(yīng)力表 MPa

從表1中可見，箱梁最大壓應(yīng)力為8.4 MPa，滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)論

現(xiàn)澆箱梁具有整體性好、適應(yīng)性強、施工工藝成熟等特點[3-5]。在充分考慮技術(shù)先進、安全可靠、適用耐久、經(jīng)濟合理的橋梁設(shè)計原則下，對貴黃高速上跨奮進路道路工程1號路橋梁進行精心設(shè)計。通過有限元軟件對該橋梁結(jié)構(gòu)進行驗算，結(jié)果表明箱梁結(jié)構(gòu)尺寸合理，各項驗算指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

[1]JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].

[2]JTG D60-2004，公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[S].

[3]徐岳.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計[M].北京:人民交通出版社, 2000.

[4]段寶萍.大魁河大橋主橋連續(xù)箱梁設(shè)計與計算[J].公路交通科技,2013(2):57-60.

[5]李克軍,崔玥.沈店港大橋箱梁設(shè)計計算分析[J].交通科技,2009 (2):35-38.

U442

B

1009-7716（2017）01-0074-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.01.021

2016-10-08

吳駿（1983-），男，江西吉安人，高級工程師，碩士，從事橋涵勘察設(shè)計工作。