三跨預應力混凝土變截面連續梁橋橫梁與橋面板計算分析

危玉蓉，潘怡宏，梁慶學

（中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北 武漢 430010）

三跨預應力混凝土變截面連續梁橋橫梁與橋面板計算分析

危玉蓉，潘怡宏，梁慶學

（中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北 武漢 430010）

以一座三跨變截面連續梁橋為例，使用MIDAS/Civil軟件建立三維有限元模型,對橋梁橫梁及橋面板結構進行驗算。橫梁的靜力計算分析以平面桿系理論為基礎，橫梁驗算分中橫梁與端橫梁驗算，主要包含：正截面抗彎強度驗算、正截面抗裂驗算、斜截面抗裂驗算。橋面板驗算主要包括：正截面抗彎強度驗算、使用階段裂縫寬度驗算。通過計算結果發現,橫梁設計在靜力作用下的應力狀態與承載力完全滿足規范要求,正常使用階段與施工狀態的穩定性也滿足規范要求。分析算例可為類似工程設計提供參考。

變截面連續梁橋；有限元模型；中橫梁；端橫梁；橋面板

1 項目背景

某橋梁結構采用50 m+90 m+50 m=190 m懸臂澆筑變截面連續梁，分南北兩幅設計，橋梁全長197.0 m，單幅橋寬16.0 m。

橋梁上部結構采用變截面懸臂澆筑預應力混凝土箱梁。箱梁為單箱三室直腹板截面，頂寬16.0 m，跨中底寬11.1 m，兩側翼緣寬2.45 m。連續箱梁中支點梁高5.5 m，跨中梁高為2.2 m，底板采用變厚度布置，由支點向跨中逐漸減少，支點處厚為75 cm，跨中厚為25 cm。箱室頂板厚度為28 cm，翼緣板端部厚度22 cm，根部厚度55 cm。箱室腹板厚度由支點處經一次漸變至跨中，厚度由90 cm漸變至50 cm。箱梁采用節段對稱懸臂澆筑施工。

2 橫梁預應力鋼束設計

中橫梁順橋向寬為3.5 m，端橫梁順橋向寬為1.5 m。均采用15-12的鋼絞線；錨具采用YGM錨具。中橫梁N1，N2均為7根，端橫梁N1，N2均為2根，橫梁預應力采用抗拉強度標準值為1 860 MPa的高強度低松馳鋼絞線，見圖1、圖2。

圖1 中橫梁鋼束立面圖（單位：cm）

圖2 端橫梁鋼束立面圖（單位：cm）

預應力鋼束管道壓漿采用PE真空輔助壓漿技術；預留管道采用塑料波紋管，摩擦系數μ=0.17，孔道偏差系數采用k=0.001 5；鋼絞線采用高強度低松弛預應力鋼絞線，彈性模量Ep=1.95×105MPa，標準強度 fpk=1 860 MPa，錨下張拉控制應力為0.75 fpk。

3 橫梁計算與分析

使用MIDAS/Civil軟件建立三維有限元模型,對橋梁橫梁進行驗算。

3.1 計算方法

驗算時：恒載計算采用以下方法：將縱向計算中一二期恒載產生的支座反力扣除橫梁模型中一二期恒載后，以該值的70%換算為腹板集中力，30%換算為均布力。活載求出單列車效應，進行橫向加載。

3.2 中橫梁計算與分析

中橫梁的靜力計算分析以平面桿系理論為基礎，結合構造、預應力鋼束布置和施工特點，將橫梁劃分為32個單元，35個節點，見圖3。橫梁驗算主要包含：正截面抗彎強度驗算、使用階段抗裂驗算。

圖3 中橫梁計算模型

3.2.1 正截面抗彎強度驗算

從圖4和圖5可知，中橫梁各截面抗力均大于彎矩設計值，正截面抗彎強度驗算滿足要求。

圖4 最大彎矩包絡圖

圖5 最小彎矩包絡圖

3.2.2 正截面抗裂驗算

橫梁按部分預應力混凝土A類構件設計，計算結果見圖6、圖7。

圖6 使用階段正截面短期抗裂驗算

圖7 使用階段正截面長期抗裂驗算

從圖6和圖7可知，正常使用階段短期效應組合下，中橫梁正截面應力小于規范允許值；長期效應組合下，中橫梁各截面均未出現拉應力，滿足規范要求。

3.2.3 斜截面抗裂驗算

從圖8可知，正常使用階段中橫梁斜截面抗裂滿足要求。

圖8 使用階段斜截面抗裂驗算

3.3 端橫梁計算與分析

端橫梁的靜力計算分析以平面桿系理論為基礎，結合構造、預應力鋼束布置和施工特點，將橫梁劃分為32個單元，35個節點，見圖9。橫梁驗算主要包含：正截面抗彎強度驗算、使用階段抗裂驗算。

圖9 端橫梁計算模型

3.3.1 正截面抗彎強度驗算

從圖10和圖11可知，端橫梁各截面抗力均大于彎矩設計值，正截面抗彎強度驗算滿足要求。

圖10 最大彎矩包絡圖

圖11 最小彎矩包絡圖

3.3.2 正截面抗裂驗算

橫梁按部分預應力混凝土A類構件設計，計算結果見圖12、圖13。

圖12 使用階段正截面短期抗裂驗算

從圖12和圖13可知，正常使用階段短期效應組合下，端橫梁正截面應力小于規范允許值；長期效應組合下，端橫梁各截面均未出現拉應力，滿足規范要求。

3.3.3 斜截面抗裂驗算

從圖14可知，正常使用階段橫梁斜截面抗裂滿足要求。

圖14 使用階段斜截面抗裂驗算

4 橋面板計算與分析

4.1 計算模型

隨著計算機技術的不斷發展與完善，計算機病毒問題也變得越來越棘手。計算機病毒的防范是一個綜合的系統工程，它主要包括了對單個計算機系統與整個網絡的病毒防范過程。如果想要對整個計算機網絡進行防范就必須要進行統一的管理，首先必須要使用統一的網絡病毒查找軟件，這個軟件能夠及時準確地對網絡中的病毒進行識別并及時的做出相應的處理。第二，網絡殺毒軟件要對整個網絡進行殺毒處理，這些軟件也要能夠在沒有人工干涉的條件下自動升級，自動對病毒進行深層次的消毒處理，保證網絡系統的安全性與穩定性。

在上部結構跨中取縱橋向長1 m的普通鋼筋混凝土梁段進行建模分析，梁高2.2 m，寬16 m，懸臂長度2.45 m，采用梁單元進行模擬，見圖15。橋面板驗算主要包括：正截面抗彎強度驗算、使用階段裂縫寬度驗算。

圖15 橋面板計算模型

4.2 主要荷載取值

（1）車輛荷載

車輪荷載為：70 kN，分布寬度：根據規范《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004）4.1.3-1，沿橫橋向車輪矩形荷載的分布寬度（平行于跨徑方向的分布寬度）b=b1+ 2h=0.82 m,；縱向分布寬度取分析模型的梁段寬度，即1 m。行車道寬11.5 m，按3車道設計。

（2）車道荷載

根據規范《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004）4.1.3～4.15，車輪荷載垂直于板跨徑方向的荷載分布寬度a是變化的，midas在車道線中通過比例系數（b/a）來調整車輪荷載的效應，比例系數取值見表1。

表1 車道荷載比例系數計算表

4.3 正截面抗彎強度驗算

從圖16和圖17可知，橋面各單元抗力均大于彎矩設計值，正截面抗彎強度驗算滿足要求。

圖16 最大彎矩包絡圖

圖17 最小彎矩包絡圖

4.4 使用階段裂縫寬度驗算

從圖18可知，橋面板各單元裂縫寬度均小于容許最大值，使用階段裂縫寬度驗算滿足要求。

圖18 使用階段裂縫寬度驗算

5 結論

通過對變截面連續梁橋橫梁與橋面計算分析，分析結果顯示：

（1）正截面抗彎強度驗算滿足要求

（2）使用階段抗裂驗算滿足規范要求。

（3）橋面板受力滿足要求。

本文針對變截面連續梁橋的橫梁與橋面板進行計算分析，希望能為今后類似工程設計提供參考。

[1]葉見曙.結構設計原理[M].北京:人民交通出版社,1998.

[2]范立礎.橋梁工程人民[M].北京:人民交通出版社,2001.

[3]JTG D64-2004,公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

U448.21+6

B

1009-7716（2017）04-0070-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.04.021

2017-02-17

危玉蓉（1985-），女，江西南昌人，工程師，從事橋梁設計工作。