懸澆連續(xù)梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算

符 健 張小強(qiáng) 胡 佳

（中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北武漢 430010）

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁是目前應(yīng)用非常廣泛的一種橋梁上部結(jié)構(gòu)，具有剛度大、整體性好、造價(jià)優(yōu)等特點(diǎn)。大跨度變截面連續(xù)梁橋配合掛籃懸臂澆筑的施工方法，使其在跨越河流或跨越現(xiàn)狀道路、高速公路時(shí)，施工期間無須中斷河流或中斷交通，將對環(huán)境或交通的影響降到最低，綜合優(yōu)勢明顯。本文結(jié)合洗爵溪大橋?qū)嵗瑢Σ捎脪旎@懸臂澆筑施工的預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁橋的設(shè)計(jì)計(jì)算情況進(jìn)行闡述，供工程人員參考。

1 工程概況

洗爵溪大橋主橋采用（40+70+40）m三跨預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁橋，三孔依次分別跨越洗爵溪一路、洗爵溪河道、洗爵溪二路，均滿足通航及通行凈空的要求。

道路等級：城市主干路。設(shè)計(jì)荷載：城市-A級。橋面布置：4.5 m（人非共板）+2 m（側(cè)分帶）+7.5 m（機(jī)動車道）+0.5 m（防撞護(hù)欄）=14.5m（單幅），兩幅中間設(shè)1.0 m縫，雙幅總寬30 m。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)尺寸擬定按工程經(jīng)驗(yàn)確定，懸澆連續(xù)梁邊跨與中跨的跨度比一般為0.5～0.65，中支點(diǎn)截面高跨比取1/18～1/15，跨中截面高跨比一般取1/50～1/30，跨中處直線段長度一般取2 m，支座處直線段長度一般與該處橋墩寬度相等，梁底曲線一般采用拋物線或圓曲線。本次設(shè)計(jì)采用單箱單室結(jié)構(gòu)，箱體頂寬14.5 m，底寬7.5 m，懸臂長度為3.5 m，采用直腹板形式，頂板設(shè)2%的橫坡，橫橋向底板水平。

箱梁中支點(diǎn)梁高4 m，跨中梁高2 m，按二次拋物線變化；頂板厚度0.3 m，底板厚度由0.3～0.7 m按二次拋物線變化；懸臂端部厚度0.2 m，根部厚度0.75 m，按直線分兩階段變化；腹板厚度為0.6～0.8 m，按照直線變化，變化段長為4 m，位于5號塊；中橫梁厚度為3 m，端橫梁厚度為2 m，中跨跨中設(shè)置厚度為0.4 m的橫隔板。

箱梁澆筑分段：2 m（合龍段）+10 m（0號塊）+5×4 m＋2×4.5 m（懸澆段），兩端各4 m為邊跨現(xiàn)澆段。

箱梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系。

（1）縱向預(yù)應(yīng)力設(shè)置了腹板束、頂板束、邊跨底板束、中跨底板束、邊跨頂板合攏束、中跨頂板合龍束六種，縱向預(yù)應(yīng)力分別采用19-Фs15.2以及15-Фs15.2，張拉控制應(yīng)力為0.72fpk=1 339 MPa。

（2）橋面板橫向預(yù)應(yīng)力鋼束采用BM15-3扁錨體系，縱橋向布置間距為0.5 m，采用單端張拉，張拉端和錨固端交錯布設(shè)；端、中橫梁橫向預(yù)應(yīng)力鋼束采用15-Фs15.2圓錨體系，采用單端張拉，張拉控制應(yīng)力為0.75fpk=1 395 MPa。

（3）豎向預(yù)應(yīng)力采用JL32精軋螺紋鋼筋，縱橋向布置間距為0.5 m，張拉控制應(yīng)力為0.9fpk=837 MPa。

箱梁鉤子如圖1、圖2、圖3所示。

圖1 箱梁立面構(gòu)造（單位：cm）

圖2 箱梁平面構(gòu)造（單位：cm）

圖3 跨中截面（單位：cm）

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算

3.1 縱向計(jì)算

采用MIDAS/CIVIL軟件對主梁進(jìn)行設(shè)計(jì)，以《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362—2018）為標(biāo)準(zhǔn)，按部分預(yù)應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件進(jìn)行驗(yàn)算。同時(shí)由軟件計(jì)算得到汽車荷載（不計(jì)沖擊）和人群荷載頻遇組合產(chǎn)生的主梁最大撓度值為16.1 mm，考慮C50砼撓度長期增長系數(shù)為1.425，進(jìn)行剛度驗(yàn)算，22.9 mm<70 000/600=116.7 mm，滿足規(guī)范要求。

3.2 橫向計(jì)算

（1）橫梁。

橫梁均按部分預(yù)應(yīng)力砼A類構(gòu)件進(jìn)行驗(yàn)算，從縱向計(jì)算模型中提取橫梁處對應(yīng)支座的恒載反力為橫梁承受的總恒載，考慮橋面板傳遞的恒載為總恒載的30%（均布荷載），腹板傳遞的恒載為總恒載的70%（集中荷載），即為橫向計(jì)算中恒載布置情況。從縱向計(jì)算模型中提取單車道加載時(shí)橫梁處對應(yīng)支座反力的一半，作為MIDAS橫向加載模塊中的單個(gè)車輪荷載.

計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 橫梁荷載計(jì)算

（2）橋面板。

縱向荷載分布寬度計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算，在MIDAS橫向加載模塊中通過設(shè)置橫向布載車道線上各單元的比例系數(shù)來體現(xiàn)縱向荷載分布寬度。

比例系數(shù)為1/縱向分布寬度，其中縱向分布寬度為折算成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)輪重的分布寬度，橋面板按部分預(yù)應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件進(jìn)行驗(yàn)算。

計(jì)算模型如圖3所示。

圖4 橋面板橫向框架計(jì)算模型

3.3 錨固區(qū)計(jì)算

（1）梁端錨固區(qū)。

按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362—2018）分別計(jì)算得到錨下劈裂力Tb、剝裂力Ts以及邊緣拉力Tet，并分別驗(yàn)算各受拉部位的抗拉承載力。

梁端錨固區(qū)計(jì)算如表2所示。

表2 梁端錨固區(qū)計(jì)算

（2）齒塊錨固區(qū)。

按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362—2018）分別計(jì)算得到錨下劈裂力Tb、端面拉力Ts、錨后牽拉力Ttb、邊緣局部彎曲引起的拉力Tet以及徑向力引起的拉力TR，并分別驗(yàn)算各受拉部位的抗拉承載力。

取齒塊A為代表計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 齒塊錨固區(qū)計(jì)算

3.4 抗傾覆計(jì)算

抗傾覆按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362—2018）計(jì)算，分為兩種特征狀態(tài)驗(yàn)算：

（1）在作用的基本組合下，單向受壓支座始終保持受壓狀態(tài)。

（2）在作用的標(biāo)準(zhǔn)值組合下，作用效應(yīng)使橫向抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)不小于2.5。

計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 抗傾覆計(jì)算

4 結(jié)語

（1）根據(jù)縱向、橫向計(jì)算結(jié)果，主梁、橫梁、橋面板持久狀況的承載能力極限狀態(tài)正截面抗彎、斜截面抗剪計(jì)算滿足《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362—2018）規(guī)定；持久狀況正常使用極限狀態(tài)正截面抗裂、斜截面抗裂計(jì)算滿足規(guī)定；持久狀況正截面壓應(yīng)力、預(yù)應(yīng)力鋼筋拉應(yīng)力計(jì)算滿足規(guī)定；持久狀況斜截面主壓應(yīng)力計(jì)算滿足規(guī)定；持久狀況撓度計(jì)算滿足規(guī)定；短暫狀況施工荷載作用下截面邊緣砼的法向應(yīng)力計(jì)算滿足規(guī)定。

（2）根據(jù)錨固區(qū)計(jì)算結(jié)果，后張預(yù)應(yīng)力混凝土梁端錨固區(qū)、齒塊錨固區(qū)計(jì)算滿足規(guī)定。

（3）通過抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果，可知主梁抗傾覆計(jì)算滿足規(guī)定。