25米標準跨徑帶翼小箱梁結構調整后相應受力情況的研究

盧永飛

(西北民族大學土木工程學院,甘肅蘭州 730030)

25米標準跨徑帶翼小箱梁結構調整后相應受力情況的研究

盧永飛

(西北民族大學土木工程學院,甘肅蘭州 730030)

對現有高速公路項目采用的25m標準跨徑裝配式帶翼小箱梁,在原截面形式不變的情況下,改變跨徑長度后調整預應力鋼束和截面普通鋼筋,然后從結構受力方面進行研究,看其承載能力極限狀態和正常使用極限狀態設計能否夠滿足規范規定和設計要求,為該結構在高速公路工程項目中的應用提供一定的技術支持。

帶翼小箱梁 應力 承載力

1 概述

某分離式立交橋原橋型布置為11x25m簡支轉連續組合箱梁，分為兩聯：5x25m+6x25m。肋板臺、柱式墩，樁基礎。根據施工現場情況，需將橋跨的第二聯6x25m變更為5x25+28.9m。對邊跨為28.9m的箱梁在采用25m箱梁截面的情況下，通過改變鋼束及截面普通鋼筋，依據現行規范對5x25+28.9m橋跨組合使用階段的應力、承載能力進行安全性探究。

2 25米跨徑小型箱梁結構型式

橋梁結構上部采用裝配式部分預應力混凝土連續組合箱梁，梁高140cm，箱梁邊梁頂板寬321cm，中梁頂板寬312cm，底板寬100cm，跨中斷面頂、腹板、底板厚均為18cm，支點處頂板厚18cm，腹板和底板厚25cm。橋面設置單向2%橫坡，橋面鋪裝為8cm水泥混凝土調平層加10cm瀝青混凝土鋪裝層。橋梁標準橫斷面見圖1。

3 25米跨徑小型箱梁結構計算

3.1 持久狀況極限狀態抗彎承載能力計算

根據計算，邊梁的橫向分布系數[1]0.809大于中梁0.658，故本計算用邊梁控制。根據文獻[2]的規定，橋梁構件的承載能力極限狀態計算應滿足：

沖擊系數u=0.304[3][4]；

圖2為承載能力計算結果，從圖中可以看出：1)最大正彎矩發生在第六跨跨中附近165號截面處，值為8362.404kN，其對應的抗力為9142.667kN滿足主梁極限承載力滿足規范要求。2)最大負彎矩發生在10號墩墩頂梁截面145號截面處，值為5874.220kN，其對應的抗力為8009.876kN滿足主梁極限承載力滿足規范要求。

3.2 持久狀況正常使用極限狀態計算

3.2.1 正截面抗裂驗算——正截面混凝土拉應力驗算

根據文獻[2]規定，A類預應力混凝土受彎構件：荷載短期效應組合作用下的抗裂驗算，正截面抗裂驗算在荷載短期效應組合作用下應滿足

圖3、圖4分別為構件在短期效應組合下正截面抗裂驗算結果。可見結構的在荷載短期效應組合作用下，上緣法向拉應力為1.7413MPa，下緣法向拉應力為1.2095MPa，均小于容許拉應力1.855Mpa(C50混凝土)，計算結果表明，在短期效應組合作用下，正截面抗裂性滿足要求。

荷載長期效應組合下的抗裂驗算，在長期效應組合作用下，應滿足

圖5、圖6分別為構件在長期效應組合下正截面抗裂驗算結果。計算結果表明，在長期效應組合作用下，滿足正截面抗裂性均滿足要求。

3.2.2 斜截面抗裂驗算——斜截面混凝土主拉應力驗算

構件在短期效應組合下的斜截面抗裂驗算結果為：

從表1可以看出：混凝土主拉應力發生在10號墩墩頂梁截面上緣，最大壓應力值1.314MPa＜1.855MPa。使用階段斜截面抗裂驗算滿足《公路鋼筋混凝土和預應力混凝土橋涵設計規范》6.3.1(第2條)和

圖1 半幅橋標準橫斷面(單位:cm)

圖2 彎矩圖

圖3 短期組合上緣應力包絡

圖4 短期組合下緣應力包絡

圖5 長期組合上緣應力包絡

表1 短期效應組合下的斜截面抗裂驗算結果

表2 受拉區鋼筋的拉應力驗算結果

規范6.3.3)。

圖6 長期組合下緣應力包絡

圖7 正截面混凝土壓應力1

圖8 正截面混凝土壓應力2

圖9 正截面混凝土壓應力3

3.3 正截面混凝土壓應力驗算

3.3.1 施工階段法向壓應力驗算

從圖7中可見，最大應力發生在第二階段10號墩墩頂梁截面下緣，單元下緣最大壓應力13.807MPa≤0.5fck=16.2MPa，正截面混凝土壓應力滿足規范要求。

3.3.2 使用階段正截面壓應力驗算

標準組合下正截面混凝土壓應力

1)單元上緣

從圖8可以看出，最大壓應力發生在10墩墩頂梁截面上緣，值為13.244MPa。

2)單元下緣

從圖9可以看出，最大壓應力發生在在10墩墩頂梁截面下緣，值為16.117MPa。

所以，使用階段正截面壓應力驗算滿足《公路鋼筋混凝土和預應力混凝土橋涵設計規范》6.1.5，6.1.6，7.1.3～7.1.5條，0.5倍的軸心抗壓強度標準值16.2 MPa。

3.3.3 標準組合下主壓應力

經計算得，斜截面最大主壓應力(如下圖所示)， 發生在在10墩墩頂梁截面下緣，值為16.3186MPa。 σcp=16.3186MPa＜0.6 fck=0.6×32.4=19.44MPa

計算結果表示斜截面主壓應力滿足規范要求。

3.4 受拉區鋼筋的拉應力驗算

從表2中可以看出，鋼束43束在扣除全部預應力損失后[5]最大值為1199.146MPa＜1209MPa(鋼筋拉應力容許值)，滿足《公路鋼筋混凝土和預應力混凝土橋涵設計規范》要求。

4 結語

對某分離立交橋第11跨上部構造結構受力情況進行了計算探究，計算結果表明，在25m箱梁截面尺寸不變的情況下，將邊跨由25m變更為28.9m，通過調整箱梁鋼束、普通鋼筋的配置方案，是可行的，其承載能力極限狀態和正常使用極限狀態設計能夠滿足規范規定和設計要求。

[1]馮仲仁.分體式箱梁橋荷載橫向分布系數的設計計算方法[J].交通科技,2006.1.

[2](JTG D62—2004).公路橋鋼筋混凝土及預應力混凝土涵設計規范[S]．

[3](JTG D60—2004).公路橋涵設計通用規范[S]．

[4](JTG B01-2003).公路工程技術標準[S]．

[5]周冬,于向東.斜交橋橫隔梁受力分析[J].華東公路,2010.5.