太原市學府街高架橋變截面連續箱梁計算分析

唐 軍 吳紅升

(太原市市政工程設計研究院，山西 太原 030002)

太原市學府街高架橋變截面連續箱梁計算分析

唐 軍 吳紅升

(太原市市政工程設計研究院，山西 太原 030002)

以正在施工的太原市學府街高架橋(40+56+40)m變截面連續箱梁為例，采用有限元軟件橋梁博士建立其計算模型，按不同工況計算了該橋在恒載和恒載+活載作用下的橋梁力學性能，包括上部結構縱向和橫向計算分析。計算結果表明，箱梁截面拉、壓應力滿足規范要求。

高架橋，力學性能，應力分析，連續梁

1 工程概況

太原市學府街高架橋工程，西起濱河東路，東至建設路，全長4.29 km，道路紅線寬50 m。學府街為城市主干路(主要節點立交，直行交通連續)，設計車速50 km/h，主線高架路段采用雙向四車道加地面輔路。高架橋包括學府街主線上跨平陽路跨線橋工程以及學府街主線上跨長治路—體育南路跨線橋，其中學府街主線上跨平陽路跨線橋在上跨平陽路路口處采用(40+56+40)m變截面預應力混凝土連續梁，其余兩聯均采用3×31 m等截面預應力混凝土連續梁，橋梁寬度16 m；學府街主線上跨長治路—體育南路跨線橋在上跨長治路路口、體育南路路口采用(40+56+40)m變截面預應力混凝土連續梁，其余位置分別采用4聯3×31 m，2聯4×30 m，2聯3×30 m等截面預應力混凝土連續梁，橋梁寬度16 m。學府街高架橋橋墩采用帶橫梁的雙立柱結構形式，橋墩基礎為承臺+樁基礎的形式，橋臺為樁接蓋梁結構，高架橋兩側引道設鋼筋混凝土擋土墻與主線銜接。

學府街高架橋橋墩采用雙立柱結構，柱頂設連系橫梁；立柱采用矩形截面且在墩頂附近適當外傾，以加大支座間距。高架橋在平陽路、長治路、體育南路為(40+56+40)m連續梁橋，采用變截面預應力混凝土結構。本文主要對此連續梁進行縱、橫向力學分析，以保證橋梁的結構安全。

橋梁立面及斷面如圖1～圖3所示。

2 技術標準

1)橋梁寬度：單幅16 m。2)橋梁橫坡：雙向2%。3)設計基準期：100年。4)設計車速：50 km/h。5)荷載標準：城—A級。

3 箱梁的結構設計

3.1 箱梁的構造

高架橋箱梁頂寬16 m，底寬9 m，單箱三室，箱梁懸臂段按照圓曲線過渡，通過頂底板形成橫坡，全截面梁高一致。箱梁高度在梁端及跨中為2 m，墩頂位置3.3 m，梁高以二次拋物線的形式在25.5 m變化段內從2.0 m漸變到3.3 m；箱梁外側腹板為斜腹板，中間設兩道直腹板，斜腹板和直腹板厚度均由0.7 m漸變到0.45 m。箱梁頂板厚：梁端、墩頂處50 cm，且為最大值；其他段為25 cm。底板厚度：設于標準厚度值為22 cm，變化段由22 cm漸變到80 cm。箱梁材料：C50混凝土。

3.2 箱梁的縱向鋼束

箱梁腹板、頂底板布設縱向預應力鋼束，端橫梁、中橫梁布設橫向預應力鋼束，箱梁按照A類構件標準進行設計。鋼束采用標準低松弛鋼絞線，塑料波紋管，真空輔助壓漿。

全聯縱向鋼束共96束，其中頂板束、底板束、腹板束束數分別為44，34和18。在箱梁頂板、中跨底板、邊跨底板均預留若干備用孔，備用孔用波紋管成孔但不穿鋼束；施工中若遇到堵孔可啟用備用孔道，鋼束張拉結束后需對沒有啟用的備用孔灌漿封實。頂板鋼束：15φ12的鋼絞線32束，15φ9的鋼絞線12束；腹板鋼束：15φ15的鋼絞線18束；中跨底板：15φ12的鋼絞線14束；兩個邊跨底板：各采用15φ12的鋼絞線10束。鋼束的張拉控制應力在0.65fpk～0.75fpk之間。

箱梁縱向鋼束的布設見圖4。

3.3 箱梁的橫梁鋼束

中橫梁的橫向鋼束采用15φ15鋼絞線7束，單排設置于中橫梁上部(見圖5)，控制張拉應力1 380 MPa。

端橫梁的橫向鋼束采用15φ12鋼絞線4束，單排設置于端橫梁上部，控制張拉應力1 350 MPa。

4 上部結構受力分析

4.1 箱梁的縱向整體計算

箱梁在縱向整體計算時相關參數取值方法：整體升溫的溫度為25 ℃,整體降溫溫度取值為30 ℃。對梯度溫度取值時，應該按照相關規范取相應數值。箱梁二期恒載包括橋面鋪裝、梁頂護欄自重。聯接墩不均勻沉降值按13 mm考慮，主墩不均勻沉降值按15 mm考慮。

采用橋博軟件建模計算，并用MIDAS CIVIL軟件對計算結果進行相應復核。箱梁的模型有143個節點，142個單元。計算模型分為三個施工階段(混凝土澆筑及鋼束張拉、二期恒載加載，運營)，成橋階段工況：恒載+活載+整體升降溫+梯度溫度+支點沉降等。

由計算可知，在荷載基本組合下，各個單元的抗彎承載力不小于彎矩設計值，同時承載力極限狀態也可滿足相應要求。荷載的短期效應組合：箱梁的上緣正應力最大值為10.9 MPa(正值表示壓應力，負值表示拉應力)，最小為-0.94 MPa，下緣正應力最大值為10.3 MPa，最小為-0.23 MPa；荷載的長期效應組合：箱梁的上緣正應力最大值為6.6 MPa，最小為0.78 MPa，下緣正應力最大值為8.6 MPa，最小為1.7 MPa。在正常使用的極限狀態下，撓度值滿足規范標準要求。箱梁承載力的極限狀態強度、短期及長期效應下應力、正常使用極限狀態抗裂與撓度值滿足規范標準要求。

4.2 中橫梁的靜力計算

中橫梁計算參數：整體升降溫、梯度溫度、二期恒載可參照4.1條箱梁縱向整體計算取值。腹板傳遞的豎向剪力按照腹板、頂板分攤加載于橫梁之上。

模型有37個節點，36個單元。在荷載的短期效應組合下，箱梁的上緣正應力最大值為5.3 MPa(正值表示壓應力，負值表示拉應力)，最小正應力為-0.61 MPa，下緣最大正應力為2.1 MPa，最小正應力為0.02 MPa，滿足規范要求；在荷載長期效應組合下，箱梁上緣最大正應力為2.3 MPa，最小正應力為1.11 MPa，下緣最大正應力為1.6 MPa，最小正應力為0.12 MPa，滿足規范要求。

端橫梁應力各項計算值也可滿足相關橋梁規范規定值。

5 結語

三座(40+56+40)m變截面連續箱梁橋,是太原市學府街高架橋工程的重要節段。箱梁的縱向、橫向預應力鋼束布置及相關計算，是該橋的設計難點；由相關計算結果可知，其受力各項指標均滿足規范所規定的允許值。本文計算結果已為學府街上跨平陽路等橋梁設計復核提供基礎性數據，可為同類橋梁的設計實施提供參考。

[1] JTG D60—2004，公路橋涵設計通用規范[S].

[2] JTG D62—2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

[3] CJJ 11—2011，城市橋梁設計規范[S].

[4] 太原市南中環快速路高架橋箱梁計算分析[J].山西建筑,2014,40(31):196-197.

Calculation and analysis of continuous box girder with variable section for the viaduct of Xuefu street in Taiyuan city

Tang Jun Wu Hongsheng

(TaiyuanMunicipalEngineeringDesignandResearchInstitute,Taiyuan030002,China)

Software Doctor Bridge is used to establish a model of (40+56+40)m continuous box girder with variable section for the viaduct of Xuefu street, which is being constructed in Taiyuan city. Different working conditions are considered to calculate mechanical properties of the bridge on permanent load or permanent and variable load, including longitudinal and transverse calculation of super structure. Calculation results indicate that the maximal tensile and compression stress of the box girder section can meet requirements in design specification for normal use.

viaduct, mechanical properties, stress analysis, continuous girder

1009-6825(2015)28-0158-02

2015-07-27

唐 軍(1982- )，男，工程師； 吳紅升(1979- )，男，工程師，一級注冊結構工程師

U448.213

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