6×30m預應力混凝土小箱梁計算分析

趙海艷

（中鐵建蘇州設計研究院有限公司 江蘇蘇州 215104）

1 工程概況

該工程起于園區星塘街，以隧道的形式穿越星湖街和陽澄西湖，地面部分采用高架橋的形式跨過蘇嘉杭高速公路順著太陽路方向一直向西，在跨過S227省道、相城大道，后采用分幅高架橋的形式下穿蘇州地鐵2號線，然后越過老蘇虞張公路以及廣濟北路，下穿新建的蘇虞張公路高架橋，跨過蘇埭路落地，以地面主輔快速路的形式接至蘇錫交界，路線全長約28km。

現以橋跨6～30m為例對預應力混凝土小箱梁計算進行分析。具體橋梁斷面如圖1。

圖1

2 設計標準

汽車荷載等級為公路—Ⅰ級，同時參照城市-A級，全線采用雙向六車道，設計行車速度100km/h，設計基準期為100年，橋面橫坡為雙向2%，橋梁凈寬為11.25m，抗震要求按《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010），蘇州抗震設防烈度為Ⅵ度，設計基本地震加速度為0.05g。本工程抗震設防類別為B類，抗震設防措施為7級。

3 小箱梁上部結構計算

3.1 基礎資料

箱梁頂寬度為2.4m，底寬為2.0m，箱梁的橫坡通過頂底板形成，全截面小箱梁高度為1.6m，頂板標準段厚度18cm，底板標準段厚度25cm，采用C50混凝土。

3.2 縱向靜力計算

3.2 .1設計參數

（1）單元劃分

利用橋梁博士V3.5.0軟件建立該橋上部結構模型，共分為梁單元181個，節點182個。

（2）一期恒載和二期恒載

一期恒載的混凝土容重為26kN/m3計，依據實際的斷面計重量，橫梁依照集中荷載設計。二期的恒載主要為護欄、泄水管道和橋面鋪裝以及調平層等。

（3）預應力

預應力鋼絞線使用直徑φs15.2mm高強度低松弛鋼絞線，該線的抗拉強度標準值fpk＝1860MPa，管道摩阻系數0.25，松弛率≤2.5%，彈性模量Ep＝1.95×105MPa，局部偏差系數0.0015，一端錨具變形及鋼束回縮6mm，錨下張拉控制應力按照0.75fpk=1395MPa控制。

（4）混凝土收縮與徐變作用

依照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG3362-2018）計算，年平均的相對濕度RH取值80%。

（5）結構重要性系數

按《公路橋涵設計通用規范》（JTGD60-2015）要求取1.1/1.0。

（6）基礎變位作用

地基及基礎不均勻沉降按1.0cm計算。

（7）汽車沖擊力

依照《公路橋涵設計通用規范》（JTGD60-2015）中要求的方法計算。

（8）溫度（梯度溫度與均勻溫度）作用

梯度溫度的計算依據《公路橋涵設計通用規范》（JTGD60-2015）的第4.3.10的4條規定進行計算，體系升溫為25℃、體系降溫為25℃。

（9）構件類型

按A類預應力混凝土構件進行設計，根據《公路橋涵設計通用規范》（JTGD60-2015）的四種工況進行計算。

3.2.2 驗算內容

（1）驗算內容包括小箱梁在長期及短期荷載效應組合下結構抗裂驗算；

（2）承載能力極限狀態正截面強度驗算；

（3）支座反力。

3.2.3 驗算結果

限于篇幅因素，本文僅對中梁計算結果進行介紹，邊梁計算原理和中梁相同，這里不在贅述。

（1）短期荷載效應組合下驗算

通過計算，短期荷載效應組合下單元最大主壓應力為12.7kg/cm2，最大主拉應力為-1.58kg/cm2，單元上緣最大應力12.7kg/cm2，單元下緣最大應力10.6kg/cm2；單元上緣最小應力-1.56kg/cm2，單元下緣最小應力-1.58kg/cm2，詳細見圖 2～3。

圖2 中分別代表上緣最大、最小應力及下緣最大、最小

圖3 中分別代表最大主壓及最大主拉應力

（2）長期荷載效應組合下驗算

通過計算，長期荷載效應組合下單元最大主壓應力為8.31kg/cm2，最大主拉應力為-1.01kg/cm2，單元上緣最大應力8.31kg/cm2，單元下緣最大應力7.92kg/cm2；單元上緣最小應力1.59kg/cm2，單元下緣最小應力1.43kg/cm2，詳細見圖 3～4。

圖4 中分別代表上緣最大、最小應力及下緣最大、最小

圖5 中分別代表最大主壓及最大主拉應力

（3）基本荷載效應組合下驗算

通過計算，基本荷載效應組合下單元最大主壓應力為13.7kg/cm2，最大主拉應力為-2.61kg/cm2，單元上緣最大應力13.7kg/cm2，單元下緣最大應力11.5kg/cm2；單元上緣最小應力-2.61kg/cm2，單元下緣最小應力-1.96kg/cm2，詳細見圖 6～7。

圖6 圖中分別代表上緣最大、最小應力及下緣最大、最小

圖7 圖中分別代表最大主壓及最大主拉應力

（4）承載能力極限狀態正截面強度驗算

由下述兩個彎矩包絡圖可得，彎矩承載力滿足規范要求。

圖8 中分別代表最大彎矩對應抗力及最大彎矩

圖9 中分別代表最小彎矩對應抗力及最小彎矩

（5）支反力驗算

通過計算，支反力見表1。

表1 支反力一覽表

4 結語

（1）通過運用橋梁博士V3.5.0軟件在短期荷載、長期荷載、基本荷載組合下，對小箱梁的拉應力、壓應力、強度、支座反力進行了計算，計算結果顯示，滿足規范要求。

（2）為類似小箱梁的結構設計與計算提供相關參考。