大跨度混凝土連續剛構橫向計算

□文/張勇

大跨度混凝土連續剛構橫向計算

□文/張勇

某高速公路大跨度連續剛構橋主梁懸臂較長，箱梁頂板直接承受車輪荷載作用，橫向內力較大。橋面板厚度、配筋情況及是否布置橫向預應力束需根據橋面板橫向分析確定。文章采用Midas建立該橋主梁的環框模型，進行橋面板的橫向分析。

連續剛構；箱梁；橋面板；環框

1　工程概況

某連續剛構橋梁跨徑布置為90m+160m+90m，中墩支點梁高取11m，中跨跨中及邊跨現澆段梁高取3.5m，梁高按1.5次拋物線變化。

主梁采用懸澆施工工藝，具體節段劃分為中墩0號塊長12m（單側6m），懸澆段共分為22個節段，長度分別為12×3m，10×3.7m，中跨及邊跨合龍段長2m，邊跨現澆段長2×3.5m。3m段最重為2287kN，最輕為1398kN，3.7m段最重為1659kN，最輕為1154kN。

主梁采用單箱單室直腹板斷面，頂板寬13.85m，箱室寬7.85m，兩邊懸臂各3.0m，懸臂端部高20 cm，根部高80 cm。箱梁頂板厚32 cm，底板厚32～100 cm按1.5次拋物線漸變，腹板厚度為50、65、80mm三個厚度段。

主橋主梁采用C60混凝土。橫橋向預應力采用3φs15.2mm的高強低松弛預應力鋼絞線，標準強度1860 MPa，張拉控制應力為1302 MPa；為提高扁束施工質量，要求采用整體張拉工藝，其張拉控制力為546.8kN。

2　環框模型

2.1模型建立

在橋梁結構縱橋向取不利截面1m部分，建立環框模型。為計算方便，不計橋梁橫坡的影響，采用Midas建立桿系模型，見圖1和圖2。

圖1　主梁截面

圖2　環框模型

2.2作用匯總

2.2.1恒載作用

C60混凝土重度26 kN/m3（程序自動考慮）；橋面鋪裝10 cm防水混凝土+10 cm瀝青混凝土，重度取25 kN/m3；混凝土防撞欄桿單側取10 kN/m；人行欄桿單側取3kN/m；中央蓋板0.25kN/m；過橋電纜1.5kN/m。

2.2.2車輛荷載

公路-I級車輛最大輪重70 kN，車輪著地尺寸0.2m（a1）×0.6m（b1），鋪裝層厚度h為0.2m。參照文獻[1]進行計算荷載分布寬度。

1）平行于板的跨徑方向的荷載分布寬度b=b1+2h =0.6+2×0.2=1.0（m）。

2）垂直于板的跨徑方向的荷載分布寬度。計算跨徑L取兩腹板間的凈距加板厚，L=7.25+0.32=7.57(m)。

（1）單個車輪位于板的跨徑中部時

式中：l為計算跨徑。

由于該橋計算跨徑較大，（a1+2h）/L=0.65/7.57 =0.085 8，不能滿足“比值很小”的條件，參照文獻[2]圖2-5-5b，進行線性內插計算得跨中最小分布寬度為0.53L，即求得的荷載分布寬度需滿足a≥0.53L。

（2）車輪在板的支撐處時

式中：t為板的厚度，取平均值（0.75+0.32）/2=0.535（m）。

（3）車輪在板的支撐處附近，距支點的距離為x時

求得的分布寬度不大于車輪在板的跨徑中部的分布寬度。

綜合（1）～（3）項，計算求得各位置分布寬度見圖3。

圖3　分布寬度

將以上求得的各位置荷載分布寬度取倒數，即為1m計算模型所承擔的活載比例系數。公路-I級車輛最大輪重70 kN，參照文獻[3]汽車荷載的局部加載考慮沖擊系數μ=0.3，結合活載比例系數即可求得箱梁截面各位置活載值。

2.2.3人群荷載

根據文獻[3]，按照城鎮郊區行人密集地區的公路橋梁計算，計算值為2.88kN/m2。

2.2.4溫度作用

體系溫差：體系升溫26.1℃，體系降溫24℃。內外溫差：根據文獻[4]考慮箱室內外±5°的溫差。

2.2.5橫向預應力作用

采用15-3高強低松弛鋼絞線，張拉控制應力為1302 MPa，橫向布置見圖4和圖5，縱向間距0.5m。橫向預應力采用單端張拉，張拉端錨具與固定端錨具交錯布置[5]，圖4預應力布置方式一為參考其他同類橋梁布置形式，圖5為根據計算結果調整后的鋼束線形。

圖4　橫向預應力布置一

圖5　橫向預應力布置二

3　計算結果

根據文獻[3]，該連續剛構橋為特大橋，設計安全等級為一級，結構重要性系數取1.1，按照部分預應力A類構件進行驗算。

3.1正截面抗彎承載能力驗算

由圖6和圖7可知，在荷載基本組合下，橫向預應力鋼束兩種布置方式均能滿足正截面抗彎承載力要求。方式一最大抗力比方式二大10%左右。

圖6　鋼束布置一

圖7　鋼束布置二

3.2斜截面抗剪承載能力驗算

由圖8和圖9可知，在荷載基本組合下，橫向預應力鋼束兩種布置方式均能滿足斜截面抗剪承載力要求，兩種布置方式最大抗力相差不明顯。

圖8　鋼束布置一

圖9　鋼束布置二

3.3正截面抗裂驗算

由圖10和圖11可知，在長期荷載組合下，鋼束布置方式二沒有出現拉應力，滿足規范要求；鋼束布置方式一不能滿足正截面抗裂驗算，其懸臂根部附近下緣出現拉應力，數值為1.05 MPa。

圖10　鋼束布置一

圖11　鋼束布置二

3.4其他項目驗算

由表1可以看出，其他項目驗算時橫向鋼束兩種布置方式結果比較接近，需要指出的是應力最大值均出現在跨中變截面處，此處應注意布置普通鋼筋進行加強。

表1　其他項目驗算結果匯總MPa

4　結論

1）不同規模的連續剛構橋主梁頂板橫向預應力鋼束布置方式不同，需根據實際工程進行調整橫向鋼束長度、線形或根數，在進行反復驗算，直到滿足規范的驗算要求。

2）該剛構橋橫向分析僅考慮了橫向預應力鋼束及橫向普通鋼筋，而豎向預應力鋼束是對橫向內力的影響，有待進一步研究。

[1]J TGD62—2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S]．

[2]姚玲森.橋梁風工程[M].北京：人民交通出版社，2009.

[3]J TGD60—2004，公路橋涵設計通用規范[S]．

[4]大跨徑連續剛構橋設計指南[S]．

[5]王陽.大跨度連續剛構橋預應力鋼束設計研究[D].成都：西南交通大學，2011.

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.03.016

□U443.3

□C

□1008-3197（2015）03-42-03

□2015-04-13

□張勇/男，1971年出生，工程師，碩士，天津城建設計院有限公司，從事工程技術管理工作。