連續(xù)梁橋設(shè)計與結(jié)構(gòu)計算分析

曹愛虎 （安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088）

1 工程簡述

該工程位于安徽巢湖，主橋橋跨布置：（40+60+40）m，采用變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，橋?qū)?2.5m，箱梁采用單箱單室斷面，箱梁頂板寬12.50m，底板寬6.5m，腹板變厚度，厚度分別為70cm和50cm，頂板厚28cm，底板厚度按二次拋物線由30cm變化到70cm，箱梁根部梁高3.5m，端部梁高1.8m，橋面采用雙向2%的橫坡。

圖1 主梁支點(diǎn)橫斷面

2 設(shè)計荷載

2.1.恒載

一期恒載按實(shí)際斷面尺寸計取重量，箱梁混凝土容重按26kN/m3取值，端、中橫隔梁按集中力施加于結(jié)構(gòu)上。

二期恒載75kN/m（包括瀝青混凝土橋面鋪裝、調(diào)平層、護(hù)欄）。

2.2.可變作用

①基本可變作用

驗(yàn)算荷載：公路-Ⅰ級，按3車道荷載計算，汽車荷載橫向分配系數(shù)＝3x1.15x0.78=2.691。

②溫度作用

采用《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60—2015）中規(guī)定的豎向溫度梯度模式。

③支座不均勻沉降

主墩按照15mm考慮，邊墩按照10mm考慮。

3 預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁縱向結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

主橋縱向整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行持久狀況承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算。

3.1 結(jié)構(gòu)分析模型的建立

主梁結(jié)構(gòu)類型為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，橋墩和基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，有限元計算時將結(jié)構(gòu)離散為88個梁單元，4個支承單元，共有48類鋼束，1種規(guī)格。

整體結(jié)構(gòu)采用同濟(jì)大學(xué)橋梁結(jié)構(gòu)計算軟件橋梁博士進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，其離散模型如圖2所示。

圖2 結(jié)構(gòu)離散模型示意圖

3.2 計算結(jié)果

3.2.1 持久狀況承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算

公路橋涵結(jié)構(gòu)按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，對持久設(shè)計狀況和短暫設(shè)計狀況應(yīng)采用作用的基本組合[2]，荷載基本組合表達(dá)式：

由程序計算得主要控制截面抗彎承載能力見表1。

由表1可知，本橋承載能力均滿足規(guī)范要求。

主要控制截面抗彎承載能力（kN·m） 表1

3.2.2 持久狀況正常使用階段標(biāo)準(zhǔn)值組合最大壓應(yīng)力驗(yàn)算

《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG 3362-2018）第7.1.5條規(guī)定，對于未開裂的預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件，其使用階段混凝土正截面壓應(yīng)力應(yīng)滿足σkc+σpt≤ 0.5fck=0.5×32.4=16.2MPa，由程序計算得主要控制截面使用階段上、下邊緣最大壓應(yīng)力見表2。

正常使用狀態(tài)下主梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力情況一覽表 表2

以表2可以看出，本橋使用階段混凝土正截面壓應(yīng)力滿足規(guī)范要求。

3.2.3 正常使用極限狀態(tài)正截面、斜截面抗裂驗(yàn)算

《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》第6.3.1條規(guī)定，對于現(xiàn)澆施工的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，在作用短期效應(yīng)組合作用下應(yīng)滿足σtp≤0.4ftk=1.06MPa[3]。正常使用極限狀態(tài)混凝土正截面抗裂計算結(jié)果見圖3。

圖3 正常使用極限狀態(tài)正截面抗裂驗(yàn)算

預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的斜截面抗裂計算，規(guī)范采用對作用短期效應(yīng)組合和預(yù)加力產(chǎn)生的混凝土主拉應(yīng)力σtp加以限制的方法，部分單元混凝土主拉應(yīng)力計算結(jié)果見圖4。

圖4 正常使用極限狀態(tài)斜截面抗裂驗(yàn)算

從抗裂驗(yàn)算結(jié)果可以看出，在正常使用極限狀態(tài)作用短期效應(yīng)組合時，梁體最小壓應(yīng)力值為0.48MPa，正截面抗裂驗(yàn)算滿足規(guī)范的要求。

從混凝土截面斜截面抗裂驗(yàn)算結(jié)果可以看出，梁體截面在最不利作用效應(yīng)組合下最大主拉應(yīng)力為-0.92MPa，斜截面抗裂驗(yàn)算滿足規(guī)范全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的要求。

3.2.4 撓度驗(yàn)算

箱梁按全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計，按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG 3362-2018）6.5.3條規(guī)定，預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件長期撓度值，在消除結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的長期撓度后箱梁最大撓度處不應(yīng)超過計算跨徑的≤l/600。撓度驗(yàn)算見表3（表中撓度以向下為正）。

撓度驗(yàn)算表(mm) 表3

表3結(jié)果表明：在消除結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的長期撓度后箱梁最大撓度為52.6mm ≤l/600，滿足《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》第6.5.3條對撓度的要求。

4 結(jié)論

通過對橋梁結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行靜力計算分析，表明結(jié)構(gòu)受力、應(yīng)力、位移都可以滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)整體是安全可靠的。本項(xiàng)目中橋梁選用變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋型具備結(jié)構(gòu)受力性能良好、剛度大、抗震性能良好、線條平順、造型美觀、行車舒適度好、后期養(yǎng)護(hù)修工程量小等優(yōu)勢[4]。變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁已廣泛應(yīng)用于各工程項(xiàng)目中。