上跨奮進路箱梁設計計算

吳駿

（貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州 貴 陽 5 50081）

上跨奮進路箱梁設計計算

吳駿

（貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州 貴 陽 5 50081）

以上跨奮進路橋梁為背景，介紹了相關設計標準、橋跨布置及結構設計，并對箱梁結構進行了詳細的計算分析，為同類橋梁設計工程提供參考。

箱梁；結構設計；計算分析

1 概 述

貴陽市金華物流園區奮進路道路工程1號路為紅線寬度30 m的城市干道，建設樁號K0+248.797與貴黃高速公路K14+675.000交叉，交角為75°。奮進路道路工程1號路在此處下穿貴黃高速公路，交叉處的貴黃高速為填方路基，現需挖開路基設置跨線橋。

橋跨布置采用2-30 m預應力混凝土現澆連續箱梁，斜交15°。下部結構：橋墩為雙柱式矩形墩，承臺樁基礎；0#、2#橋臺均為重力式U型橋臺，承臺樁基礎。箱梁采用支架現澆施工，下部墩、臺采用現澆施工，樁基采用機械成孔。

2 技術標準

（1）設計基準期：100 a；

（2）設計荷載：公路-Ⅰ級；

（3）設計速度：80 km/h；

（4）行車道寬度：2×凈-8.5 m。

（5）橋區地震基本烈度為Ⅵ度，橋梁抗震設防措施等級為7級。

3 主要材料

3.1 混凝土

現澆箱梁及橋面現澆層混凝土采用C50；承臺、樁基、臺帽采用C30混凝土；橋墩、墩頂系梁采用C40混凝土；橋面鋪裝采用瀝青混凝土。

3.2 普通鋼筋

普通鋼筋分為HPB300級、HRB400級、HRB500級三種，HPB300級鋼筋應符合GB1499.1-2008的有關規定，HRB400級、HRB500級鋼筋應符合GB1499.2-2008的有關規定。鋼筋的抗拉、拉壓設計強度：HPB300級鋼筋fsd=fsd′=250 MPa；HRB400級鋼筋fsd=fsd′=330 MPa；HRB500級鋼筋fsd=fsd′= 415 MPa。

HPB300級鋼筋主要采用了直徑10 mm、8 mm；HRB400鋼筋主要采用了直徑20 mm、16 mm、12 mm三種規格；HRB500鋼筋主要采用了直徑28 mm、25 mm、22 mm三種規格。

3.3 預應力鋼筋

采用《預應力混凝土用鋼絞線》（GB/T5224-2003）標準的低松弛高強度鋼絞線，其抗拉強度標準值fpk=1 860 MPa，公稱直徑d=15.2 mm，彈性模量Ep=1.95×105MPa，松馳率0.035，松馳系數0.3。箱梁鋼束采用M15-19群錨以及配套產品，預應力管道均采用圓形塑料波紋管。

4 箱梁設計計算

4.1 箱梁一般構造

箱梁為等高、等截面箱梁，采用單箱單室，頂寬9.48 m，底寬5.48 m，梁高1.8 m，挑臂長度2 m。箱梁頂板厚度0.25 m，底板厚度0.20 m，腹板寬度0.40 m，箱梁頂板、腹板、底板在靠近端橫梁、中橫梁段均采取線性加厚。箱梁在橋臺頂設置端橫梁，厚1.8 m，在橋墩墩頂設置中橫梁，厚2.0 m。圖1為箱梁跨中橫斷面。

圖1 箱梁跨中橫斷面圖（單位：cm）

圖2 箱梁預應力鋼束立面布置圖

4.2 箱梁設計計算參數

（1）混凝土：C50，重力密度γ=26.0 kN/m3，彈性模量為Ec=3.45×104MPa；

（2）瀝青混凝土：重力密度γ=24.0 kN/m3；

（3）預應力鋼筋：彈性模量Ep=1.95×105MPa，松馳率ρ=0.035，松馳系數ζ=0.3；

（4）錨具：錨具變形、鋼束回縮取6 mm（一端）；（5）管道摩擦系數：u=0.17（塑料波紋管）；（6）管道偏差系數：κ=0.001 5；（7）支座不均勻沉降：Δ=5 mm；

（8）豎向梯度溫度效應：考慮瀝青鋪裝層和橋面現澆層對梯度溫度的影響，按現行規范規定取值。

4.3 計算模型

總體計算采用橋梁博士V3.3計算軟件，按施工流程分階段建立模型（見圖3），并按規范要求對結構施工階段和成橋階段進行驗算。箱梁有限元模型共計34個單元和34個節點。箱梁構件為預應力A類混凝土構件。

圖3 箱梁有限元模型

計算模型共分為3個施工階段:（1）滿堂支架法現澆箱梁，并張拉預應力鋼束；（2）二期鋪裝及橋梁附屬設施施工；（3）3 650天收縮徐變。

4.4 箱梁計算

4.4.1 持久狀況承載能力極限狀態強度驗算

根據《公橋規》第5.1.5條規范，構件承載能力極限階段強度應符合式（1）要求[1，2]：

主梁抗力及對應的內力如圖4、圖5所示（外緣線為抗力，中間線為組合內力）。

圖4 箱梁最大抗力及其對應內力（單位：kN·m）

圖5 箱梁最小抗力及其對應內力（單位：kN·m）

從驗算結果圖形可以看出：箱梁各截面承載能力極限狀態強度滿足規范要求。

4.4.2 持久狀況正常使用極限狀態截面抗裂驗算

（1）正截面抗裂驗算

對于部分預應力A類構件，在作用（荷載）短期效應組合下，應符合下列條件[1，2]：

圖6 短期效應組合下混凝土最小正應力圖（單位：MPa）

但在荷載長期效應組合下：

圖7 長期效應組合下混凝土最小正應力圖（單位：MPa）

箱梁在短期效應組合下各截面上下緣最小正應力如圖6所示。

箱梁在長期效應組合下各截面上下緣最小正應力如圖7所示。

從圖中可見，箱梁在短期效應組合下，僅墩頂箱梁上緣受拉，拉應力為0.12 MPa，小于規范規定值，并且在長期效應組合下，各截面均受壓，因此，箱梁正截面驗算滿足規范要求。

（2）斜截面抗裂驗算

A類預應力混凝土構件，在作用（或荷載）短期

圖8 短期效應組合下箱梁主拉應力圖（單位：MPa）

效應組合下現場澆筑構件應符合下列條件[1，2]：

箱梁在短期效應組合下各截面的最小主拉應力如圖8所示。

箱梁截面最大主拉應力為1.01 MPa，滿足規范要求。

4.4.3 持久狀況構件應力驗算

（1）正截面混凝土法向壓應力驗算

使用階段預應力混凝土受彎構件正截面混凝

圖9 持久狀況箱梁最大正應力圖（單位：MPa）

土的壓應力應符合下列規定[1，2]：

箱梁在標準組合下各截面上下緣最大正應力如圖9所示。

箱梁最大法向壓應力為11.1 MPa，滿足規范要求。

（2）斜截面混凝土的主壓應力驗算

使用階段預應力混凝土受彎構件混凝土的主

圖10 持久狀況箱梁最大主壓應力圖（單位：MPa）

壓應力應符合下列規定[1，2]：

箱梁在標準組合下各截面的最大主壓應力如圖10所示。

箱梁斜截面最大主壓應力為11.1 MPa，滿足規范要求。

（3）正截面受拉區鋼筋拉應力驗算

使用階段預應力混凝土受彎構件預應力鋼筋的拉應力應符合下列規定[1，2]：

箱梁受拉區預應力鋼筋最大拉應力為1 205.8 MPa，滿足規范要求。

4.4.4 短暫狀況構件應力驗算結果

預應力混凝土受彎構件，在預應力和構件自重等施工荷載作用下截面邊緣混凝土的法向壓應力應符合[1，2]：

表1 短暫狀況下箱梁上下緣最大壓應力表 MPa

從表1中可見，箱梁最大壓應力為8.4 MPa，滿足規范要求。

5 結論

現澆箱梁具有整體性好、適應性強、施工工藝成熟等特點[3-5]。在充分考慮技術先進、安全可靠、適用耐久、經濟合理的橋梁設計原則下，對貴黃高速上跨奮進路道路工程1號路橋梁進行精心設計。通過有限元軟件對該橋梁結構進行驗算，結果表明箱梁結構尺寸合理，各項驗算指標滿足規范要求。

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[2]JTG D60-2004，公路橋涵設計通用規范[S].

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U442

B

1009-7716（2017）01-0074-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.01.021

2016-10-08

吳駿（1983-），男，江西吉安人，高級工程師，碩士，從事橋涵勘察設計工作。