某連續剛構橋徑向力荷載作用分析

（貴州黔通工程技術有限公司，貴州 貴陽550000）

1 工程概況

預應力連續剛構橋以其獨特的結構優勢及特點，在各類大跨度橋梁中仍具較強競爭優勢。預應力連續剛構橋具有良好的結構剛度（較大的橫橋向抗彎剛度和順橋向抗彎剛度），行車舒適，構造上橋梁主墩采用墩梁固結的形式，由于高墩具有適當的柔度，能夠適應橋梁結構由于混凝土溫度變化及收縮徐變所引起的結構位移，滿足結構體系的受力要求，同時剛構橋具有抗震性能好、具有節省材料、施工方便養護費用低等優點，因此被廣泛用于山區橋梁建設中。由于施工原因及外部荷載作用的影響，在役剛構橋普遍的病害主要為：（1）結構表觀缺陷；（2）梁體受力裂縫；（3）梁體非受力裂縫；（4）梁體下撓。本文主要以某高速公路上的連續剛構橋為背景，主要分析梁底在預應力荷載產生的徑向荷載作用下，橫向截面產生的較大拉應力及剪應力分析[2]，已達到優化橋梁設計，從結構上預防病害的產生。

2 工程背景

某高速公路上的連續剛構橋橋跨布置為(58m+58m) T型剛構橋，上部結構采用單箱單室變截而箱梁，箱梁頂板寬15.0m，底板寬9.0m；支墩處梁高7.0m，跨中及邊跨梁端處梁高3.5 m；梁體下緣除邊跨14.70m梁段為等高直線段外，其余按拋物線變化。主要材料參數如下:梁體混凝土等級C50，彈性模量3.45×104Mpa，密度 26.5kN/m3；雙肢薄壁墩混凝土等級 C35，彈性模量 3.45×104Mpa，密度26.5kN/m3.二期恒載取80kN/m。

3 有限元模型

本文主要采用大型通用有限元軟件 Midas建立有限元模型。結構單元采用梁單元模擬分析計算，為了盡量滿足計算精度要求，因此充分考慮了運營階段和現場施工階段是的內力分析，模型盡量按照實際結構單元建立。不過由于 Midas軟件在一些結構變形和應力方而應用了相關的假設，軟件在自身計算運行過程中采用了相關簡化原理來分析計算有關模型再者結構單元本身存在部分缺陷，所以難以對結構的實際連接進行精確模擬。

4 箱梁底板計算原理

根據 JTG-2015《公路橋涵設計規范》規定[1]:按正常使用極限狀態設計時，預應力應作為荷載計算其效應。對于大跨度變截而箱梁的底板布置的預應力束，只能按橋的立面線性布置，形成拱形。當張拉底板預應力筋時，必然使截面產生與使用荷載作用方向相同的附加荷載即均布橫向力，稱為附加荷載效應，設計時應充分考慮。當鋼束在平面或縱面上曲線布置時，具有橫向或縱向曲率的縱向預應力筋束在張拉過程中會產生對腹板或底板混凝土的徑向壓力下面分析連續剛構橋按橋的立面線形布置的預應力筋對底板產生的效應[4]。

底板預應力鋼束產生的徑向力和集中力的計算：取一小段預應力筋進行分析。若劃分為無限小的單元則曲線可近似按圓弧線處理[5]，徑向力q(x)近似相等，在S-S軸上列力的平衡方程為：

2）、若剛構橋的箱梁高度以及箱梁底板厚度按拋物線變化，底板預應力鋼束沿底板形狀布置。

一般底板預應力鋼束在等高截面處應設置過渡的水平直線段從而避開拋物線曲率無窮大的區域。應從離拋物線頂點的一段距離開始設置拋物線，并且設置一定厚度的橫隔板就可以抵消無窮大的徑向力。這種徑向力必然受到腹板或者底板混凝土的抵抗，當沒有布置橫向預應力束或者底板截面尺寸不足或沒有設置平衡箍筋時會導致底板產生縱向裂縫。正確的設計是按此徑向分布荷載設置平衡箍筋，將這部分力通過平衡箍筋傳遞于上層鋼筋，使全底板共同參與受力，有效防止底板劈裂。

5 徑向荷載的環框計算

選取模型6號節點計算，截面高H=3.5m,底板厚D=0.30m，腹板厚0.35m。截面曲線：變高梁拋物線方程為,經過(L/2,h),得到。

6 結果數據

本截面的荷載組合:恒載+活載+徑向力荷載，截面內力及應力結果如下表。

表1 截面內力及應力

根據環框計算節點 6的內力，按拉彎壓彎計算混凝土的應力及裂縫，結果見表1所示。

7 結論

（1）通過T型剛構橋梁體及環框模型計算分析可知底板預應力鋼束對底板截面產生較大的徑向力荷載。

（2）徑向力荷載作用使橫截面的跨中和腹板底位置產生較大的拉應力，因此應在梁體截面變化處加強橫向鋼筋的布置并增加一定的箍筋，對提高梁的承載力有較大的作用。

[1]JTG-2015《公路橋涵設計規范》;

[2]彭元誠． 連續剛構箱梁底板崩裂原因分析與對策[J]． 橋梁建設， 2008( 3) : 61-64．

[3]包立新，楊廣來，楊文軍． 對連續剛構橋底板開裂問題的探討[J]． 公路， 2004( 8) : 43-45．

[4]張繼堯，王昌將． 懸臂澆注預應力混凝土連續梁橋[M]．北京: 人民交通出版社， 2004．

[5]嚴允中． 連續剛構橋箱梁底板崩裂原因及預防措施[J]．公路交通技術，2006( 6) : 37-38．