（2×72）m預應力混凝土連續曲線箱梁結構設計及檢算

鄭海洋

摘要：本文以某鐵路（2×72）連續曲線箱梁橋為工程背景，著重介紹了該橋的設計要點并運用有限元軟件橋梁博士建立有限元模型對該結構運營階段承載能力極限狀況下承載力和效應標準組合下混凝土最大應力進行驗算，結果表明：運營階段主力作用下上緣最大應力為8.74MPa，位于24號截面，上緣最小應力為3.29MPa，位于24號截面，下緣最大應力15.22，位于24號截面，下緣最小應力2.01，位于40號截面;

主+附作用下，上緣最大應力為12MPa，位于22號截面;上緣最小應力為1.4MPa，位于11號截面，下緣最大應力15.51 MPa，位于24號截面，下緣最小應力1.67 MPa，位于8號截面;斜截面在主力、主+附組合作用下，最大主拉應力為-2MPa，最大主壓應力為20.06MPa;運營荷載作用下最大剪應力3.27MPa，滿足規范要求， 通過計算可得該箱梁在各個荷載組合作用下受力均滿足規范要求，設計合理，該橋的設計和驗算可為同類型鐵路橋梁的設計和計算提供參考。

關鍵詞：連續曲線箱梁? 結構設計? 橋梁博士? 檢算

中國法分類號? ? U446.1;? ? 文獻標志碼? ?A

1、工程概況

隨著國內交通運輸業和城市化的快速發展，對公路線形的選用變得尤為重要。為了設計出線路流暢、行車舒適、設計高標準的公路，并且在策劃中還要求所選橋位必須適應道路線形的變化，特別在高速公路的交匯和城市立交橋的交叉口處。因此，需要采用曲線梁橋來代替以往的直梁橋。曲線梁橋是實現交通運輸業四通八達的必然趨勢，是現代交通工程的重要橋梁類型[1] [2] [3]。在現代橋梁工程中，特別是城市橋梁的建設中，不可避免的要選擇曲線梁橋取代以往的直梁橋。但是，對曲線梁橋而言，特別是立交匝道橋，交通是單向的，且橋寬很小，因此不僅要考 慮跨過地面交通，還要追求視覺上的美觀，

常常需要設計較大的跨度。當曲線梁橋的跨度過大時，常常就伴隨著結構失穩的隱患。隨著高速公路及城市高架橋需求的不斷增長，曲線梁橋在潛移默化的被引進使用，并慢慢的得到了推廣。由于交通壓力的不斷增長，橋跨結構的跨度也在不斷的拉長，這就使得曲線梁橋的彎扭耦合效應越來越顯著，對橋梁結構穩定性的要求就越來越高。因此對曲線梁橋的結構受力分析和研究就變得尤為的關鍵和重要。 本文以某鐵路（2×72）連續曲線箱梁橋為例為背景展開研究，對其結構受力情況展開研究。橋梁立面圖和平面圖見圖1

2.主橋設計要點

2.1主橋箱梁結構

本文以某鐵路（2×72）連續曲線箱梁橋為例，該箱梁梁體為單箱單室、變高度、變截面箱梁，梁體全長145.5m，兩端9.75m梁段為等高梁段，梁高4.2m;中墩處梁高為8.0m，其余梁段梁底下緣按二次拋物線變化。 箱梁頂板寬7.1m，底板寬5m。兩端端部頂板厚70cm，其余處頂板厚61cm;底板厚度由端部42cm漸變至中墩處的90cm;腹板厚度由40cm漸變至75cm。梁體在支座處設橫隔板，兩跨共設3道橫隔板，橫隔板中部設有孔洞，以利檢查人員通過。

2.2預應力設計

1、縱向：梁體頂板縱向預應力鋼束采用15-15.2鋼絞線，采用15-15錨具錨固，腹板、和底板縱向預應力鋼束采用12-15.2鋼絞線，采用15-12錨具錨固。鋼絞線公稱直徑15.2mm，極限抗拉強度fpk=1860MPa，其技術標準應符合“GB5224”標準的要求。鋼束采用內徑90mm的金屬波紋管成孔，采用真空輔助壓漿工藝。鋼束均采用M15-12 OVM及M15-15OVM圓塔形錨具錨固，張拉千斤頂采用YCW3000C和YCW3500C型。

2、橫向： 無

3、豎向： 無

3 結構計算參數

（1）二期恒載：包括人行道欄桿，通信光纜，信號電纜，電力電纜，蓋板，通信信號槽內填砂，高壓電力槽內填料，防撞墻，豎墻，保護層，泄水坡，齒塊、接觸網荷載及基礎重量。直線梁按照94kN/m計算，具體計算過程見二期恒載計算單（附件一）。

（2）動力系數：

（3）支座沉降，按各支座沉降值：5mm。

（4）溫度

溫度1：系統升溫25度;

溫度2：系統降溫25度;

非線性升溫1：10度;

非線性降溫2：-5度。

（5）荷載組合

（Ι）恒載組合? ?恒載

（Ⅱ）主力組合? ?恒載+活載+沉降

（Ⅲ）主+附組合? 恒載+沉降+活載+系統降溫25度+非線性降溫-5度。

4 有限元模型的建立及荷載組合

運用有限元軟件橋梁博士建立有限元模型如圖2所示，對箱梁進行運營階段的縱向內力和效應標準組合下混凝土最大正應力分析，其荷載組合如表1所示[4][5][6]。

5運營階段梁體應力檢算

《鐵規》TB 10002.3-2005第6.3.10條規范：運營荷載作用下正截面混凝土壓應力（扣除全部應力損失后）應符合下列規定：

（1）主力組合作用時：

主力作用下上緣最大應力為8.74MPa，位于24號截面;上緣最小應力為3.29MPa，位于24號截面;下緣最大應力15.22，位于24號截面;下緣最小應力2.01，位于40號截面，主力組合下應力見表3，主力組合下正應力圖如圖3所示。

（2）主力加附加力組合作用時：

主+附作用下，上緣最大應力為12MPa，位于22號截面;上緣最小應力為1.4MPa，位于11號截面;下緣最大應力15.51，位于24號截面;下緣最小應力1.67，位于8號截面，主+附組合下應力見表4，主+附組合下正應力圖如圖4所示。

（3）斜截面主拉應力、主壓應力

斜截面：主力、主+附組合下，最大主拉應力為-2MPa;最大主壓應力為20.06MPa，主+主力組合下主應力圖見圖5，主+附組合下正應力圖如圖6所示。

（4）混凝土的剪應力

《鐵規》TB 10002.3-2005第6.3.15條規范：運營荷載作用下，混凝土的最大剪應力應符合下式要求：

經有限元模型計算得到最大剪應力3.27MPa，滿足規范要求，主力組合下剪應力圖見圖7，主+附組合下剪應力圖如圖8所示。

6 結論

通過建立有限元軟件橋梁博士對（2×72）m預應力混凝土連續曲線箱梁運營階段梁體應力進行計算得到以下結論：

1.主力作用下上緣最大應力為8.74MPa，位于24號截面;上緣最小應力為3.29MPa，位于24號截面;下緣最大應力15.22，位于24號截面;下緣最小應力2.01，位于40號截面;

2.主+附作用下，上緣最大應力為12MPa，位于22號截面;上緣最小應力為1.4MPa，位于11號截面;下緣最大應力15.51，位于24號截面;下緣最小應力1.67，位于8號截面;

3.斜截面：主力、主+附組合下，最大主拉應力為-2MPa;最大主壓應力為20.06MPa;

4.運營荷載作用下最大剪應力3.27MPa，滿足規范要求;

5通過計算可得該箱梁在各個荷載組合作用下受力均滿足規范要求，設計合理。

7.參考文獻

[1]范立礎.橋梁工程[M].北京：人民交通出版社.2012.

[2]劉晶波，杜修力.結構動力學[M].北京：機械工業出版社，2005：152-170.

[3]邵容光. 混凝土彎梁橋[ M].? 北京：人民交通出版社，1996.

[4]何春喜.基于橋梁博士的主跨96m鋼管混凝土拱橋施工控制分析[J].北方交通，2018（07）：59-61.

[5]楊海平，曲慧明，馬悅.基于橋梁博士4.0的某立交變寬曲線橋段驗算[J].重慶建筑，2018，17（03）：36-41.

[6]王佳偉.橋梁博士軟件建模中的系統約定[J].黑龍江科技信息，2014（20）：182.