30+40+30m現澆預應力混凝土連續彎箱梁受力計算分析

摘 要:近幾年，我國高速公路建設呈高速發展態勢，高速公路網逐漸形成。后續新建高速公路勢必與已建高速公路網相交而需設置大型立交樞紐互通，網格越密，出現相交的概率越大。大型立交樞紐互通里面的路線線形復雜，上下層道路立體交叉等給橋梁跨徑布設、結構計算等帶來相當的難度。本文通過汕頭至昆明國家高速公路貴州板壩至江底段頂效東立交樞紐主線跨線橋多聯30+40+30m現澆預應力混凝土連續彎箱梁的設計，以便進一步了解在大型立交樞紐互通中橋梁設計的布跨特點以及受力計算分析規律，為以后同類型橋梁設計提供借鑒和參考。

關鍵詞:大型立交樞紐互通橋預應力混凝土連續彎箱梁現澆受力計算分析

中圖分類號:U44文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(a)-0118-02

1 引言

頂效東立交樞紐主線跨線橋分為主橋和引橋，其中主橋采用多聯的30+40+30m現澆預應力混凝土連續梁設計，引橋采用多跨30m的先簡支后結構連續裝配式預應力混凝土小箱梁結構，本主線跨線橋屬于大型立交樞紐互通橋。

2 工程概況

頂效東立交樞紐位于興義萬屯鎮的貢新村，橋軸線地表高程在1388.5～1400.5m之間，相對最大高差僅12m。橋位區較平緩，主要為水旱地。年平均氣溫15.1℃，1月份氣溫最低，極端最低氣溫－8.9℃。橋位地質條件為第四系殘坡積層粘土:褐黃色、橙黃色、黑褐色，粘性一般～較好，局部含少量碎石，可塑為主?；鶐r為三疊系中統關嶺組灰巖、白云巖，灰巖沉積于白云巖之上，兩者呈整合接觸，主要為弱風化層，裂隙較發育，偶有溶洞。

3 橋跨布置

根據立交樞紐處地形、地貌，路線采用主線上跨，匝道下穿形式。匝道B、匝道C以不同方向，不同交角與之相交。其中:匝道B與主線的交點樁號為BK0+728.451= K76+425.105，交角44°;匝道C與主線的交點樁號為CK0+436.976=K76+326.976，交角47°。由于下穿匝道B、匝道C與主線交角較小、匝道路基寬度均較寬，達10.5m，而與匝道相交部分主線位于圓曲線范圍內，半徑1700m，整幅路基寬度24.5m，故初步布置主線跨線橋跨越匝道的跨度需要達到40m及以上。主線跨線橋布跨思路為:先布置跨越兩匝道的跨徑作為主橋主跨，由于兩匝道之間的主線長度不太長，故可一分為二，作為主橋的邊跨，而另一邊跨沒有布跨限制條件，可以靈活地與一分為二的邊跨跨徑適應。把主橋按主線的路基中線弧長作為跨徑布設線，可使縱向分為兩聯而橫橋向的兩半幅橋對應跨徑不致相差過大，以減小連續梁后期受力計算的工作量;最后再考慮主線橋的支座位置，適當整體移動主橋，使主橋各橋墩離兩匝道路基邊緣盡量一致，便最終確定了主橋的中心樁號，見圖1。

4 主橋結構設計

主橋彎箱梁位于主線跨線橋的左、右半幅橋第三和四聯，兩半幅橋共四聯的橋跨布置均為30+40+30m。上部結構采用抗扭能力強的箱梁斷面，由于橋面較寬，為單箱雙室結構。頂板寬12.0m，底板寬7.0m，兩側挑臂2.5m。由于主線跨線橋在匝道B處有橋下凈空的限制，為使箱梁的建筑高度進一步降低，將主橋設計為變截面的預應力混凝土連續彎箱梁。邊墩處及中跨跨中箱梁直線段梁高為1.6米，箱梁主墩處梁高2米，并向兩側在10米的范圍內線性變化至1.6米。箱梁在邊墩墩頂設置端橫梁，厚1.5米;在主墩墩頂設置中橫梁，厚2.0米。箱梁頂板、腹板、底板在靠近端橫梁、中橫梁段均有變化。設計中主橋左、右半幅橋通過現澆箱梁中的各腹板等厚段不同長度來適應曲線變化。主橋橋面橫坡由以箱底同一橋墩不同墩柱高且箱梁頂、底板平行但傾斜，腹板豎直形成。整個箱梁混凝土采用搭設支架，現澆施工。

5 主橋結構有限元分析

主橋的受力計算分析采用橋梁專用軟件《橋梁博士》3.01版計算，最后用交通部《公路平面桿系橋梁結構設計系統》GQJS V9.3版復核計算，有限元計算參數取值如下:

A.單元、節點，重要性系數:主橋預應力混凝土箱梁，共分102個單元、103個節點，結構重要性系數取1.1，結構受力計算分析離散(僅顯示一半)見圖2。

B.材料:箱梁采用C50混凝土，容重26KN/m3，加載齡期按10天計(考慮混凝土的現澆、養護時間)。預應力鋼束采用高強度、低松弛270級鋼絞線，單根鋼絞線直徑15.2mm。張拉錨下控制應力為0.75fpk=1395Mpa。

C.施工階段:

①.現澆箱梁混凝土以及分批張拉預應力鋼束并鋼束管道灌漿，支架卸載。計算時考慮分批張拉鋼束的預應力損失，用時15天。2、72、102號節點僅豎向約束，32號節點水平、豎向約束;

②.現澆箱梁頂混凝土鋪裝層、防撞護欄以及橋面瀝青混凝土鋪裝層，按均布永久荷載的形式加載，用時30天，約束情況與前一階段相同。

D.正常使用極限狀態:汽車效應:公路-Ⅰ級，取兩個車道偏心加載及三個車道中心加載的兩者最不利值。支座沉降:分別按邊墩、中墩1cm加以考慮。溫度效應:全橋整體溫度效應在施工階段的整體溫度效應的基礎上再考慮溫升50C，溫降50C;非線性溫度效應按規范取值。沖擊系數:根據基頻自動計算。

E.效應組合:組合1:恒載+汽車;組合2:恒載+汽車+溫升)+沉降;組合3:恒載+汽車+溫降+沉降。

6 受力計算數據分析

(1).短暫狀況效應作用:本主橋從整體現澆至成橋狀態，根據橋梁專用受力計算分析軟件《橋梁博士》3.01版計算輸出的每個施工階段數據顯示均符合規范要求，成橋階段箱梁最大應力值見表1:

根據表1可知，本主橋在成橋狀態下，邊跨下緣的應力較大，但均未超過規范規定允許值且全橋均處于受壓狀態，故結構在短暫狀況效應作用下箱梁是安全的。

(2).正常使用極限狀態:本主橋在正常使用極限狀態下的輸出數據分析，箱梁在效應組合Ⅱ作用下正截面拉應力以及斜截面主拉應力最大，見表2:箱梁在效應組合Ⅲ作用下正截面壓應力以及斜截面主壓應力最大，見表3:

在正常使用極限狀態效應組合Ⅱ下，2號節點上緣正截面拉應力最大，為-1.2Mpa，但亦在規范規定的允許值范圍內。

在正常使用極限狀態組合III下，箱梁正截面最大壓應力及主壓應力出現在邊跨的1/4跨附近腹板變化截面節點以及中跨跨中截面，即22、52號節點應力值為16.0 Mpa、16.1Mpa。但通過表3數據可以看出，箱梁正截面最大壓應力及主壓應力均在規范規定允許值范圍內，整個箱梁結構是安全的。另根據《橋梁博士》V3.1.0綜合程序輸出數據，所有鋼束應力亦滿足規范要求。

(3).承載能力極限狀態:通過查看本主橋的《橋梁博士》V3.1.0綜合程序輸出數據，輸出的結構承載力(強度)曲線均把在承載能力極限狀態下的內力包絡其中，即滿足規范規定的γ0S(效應)≤R(承載力)要求，故本主橋在承載能力極限狀態下是安全的。

7 結語

筆者對汕頭至昆明高速公路貴州段頂效東樞紐立交主線跨線橋主橋預應力混凝土連續彎箱梁的設計覺察到，可以通過精心的橋梁布跨，以減小后期的計算以及出圖的工作量，達到提高效率的目的。另外，本橋在橋梁跨徑較大的情況下，采取不設置頂、底板以及墩頂負彎矩加強短束，而是全部設置成通長束在每聯的兩端張拉，這導致了箱梁部分截面應力較大，但是這簡化和方便了施工，個人覺得還是有益的。本立交樞紐主線跨線橋已于近期施工完成，施工反應情況較好。

參考文獻

[1]徐岳，王亞君，等主編.預應力混凝土連續梁橋設計.人民交通出版社，2002年8月，第1版.