連續剛構橋梁梁高拋物線指數敏感性分析

金奇名

（中交鐵道設計研究總院有限公司，北京市 100011）

連續剛構橋梁梁高拋物線指數敏感性分析

金奇名

（中交鐵道設計研究總院有限公司，北京市 100011）

隨著橋梁工程技術的快速發展，橋梁工程精細設計顯得越來越重要。結合主跨150m連續剛構橋，通過適當提高主梁跨中截面高度、增強主梁根部以及1/4L區域的抗剪截面的方法，改善了大跨連續剛構橋的主拉應力、底板應力及長期撓度，并根據主梁縱向、橫向受力影響及經濟比較后，提出主跨150m連續剛構橋的梁高及底板厚度變化拋物線指數（2次、1.6次）的選取建議，為其他相近主跨橋梁工程提供了有益的參考。

連續剛構；拋物線；主拉應力；撓度

0 引言

不失一般性，預應力連續梁或連續剛構橋的橋梁跨度超過60m時，一般采用變截面梁。梁底曲線以往多采用2次拋物線，為改善L/4～L/8范圍的底板混凝土應力，部分橋梁采用1.5～1.8次拋物線，取得了不錯的效果。

某公路主跨150m連續剛構橋施工圖階段梁高變化采用1.6次拋物線，其目的是通過采用低次拋物線變化有利于減小主拉應力及改善底板混凝土應力，與傳統的2次拋物線有所不同。

但有的專家與文獻則認為，從增大底板下緣曲率半徑以減小預應力束徑向力考慮，采用二次拋物線較為合適。

下面針對主橋梁高采用1.6、2次這兩種拋物線指數，就縱向、橫向受力分析及經濟性影響進行詳細比較。

1 工程概況

某公路主跨150m連續剛構橋，左線孔跨布置為3×30m連續PC箱梁（引橋）+（80+150+80）m連續剛構（主橋）+2×30m連續PC箱梁（引橋），橋面全寬12.5m，全長460m。右線孔跨布置為3×30m連續PC箱梁（引橋）+（80+150+80）m連續剛構（主橋）+3×30m連續PC箱梁（引橋）+ 3×30m連續PC箱梁（引橋），橋面全寬12.5m，全長580m。

上、下部構造：

0號梁段高度為930cm，合龍梁段和邊跨現澆梁段高度均為350cm，其余1號～17號梁段梁高從930cm變化至350cm，其下緣按1.6次拋物線漸變。箱梁底板厚度亦按1.6次拋物線變化。

主墩為單肢式矩形截面空心墩。墩身高度為53～54m。橋墩順橋向厚度600cm，橫橋向寬度650cm。橋墩基礎采用鉆孔灌注樁。基礎設置9根直徑200cm的樁基。

2 計算模型建立

2.1 計算模型

采用梁單元模擬主梁，對各施工階段進行整體受力計算,主橋上部結構共劃分為89個節點，88個單元；橋墩、承臺及樁基劃分為68個節點，48個單元，見圖1。

圖1 計算模型簡圖

2.2 拋物線指數敏感性分析

2.2.1縱向受力對比分析結果

（1）拋物線指數分別1.6次、2.0次時，關鍵截面主梁上緣正應力基本一致，中跨（1/8L～1/4L）區域底板下緣正應力小1.5MPa左右；主拉應力基本一致；

（2）采用1.6次對施工累計位移、跨中活載撓度略有利；

（3）采用1.6次對施工過程橋面混凝土超方，以及運營階段活載超載，長期效應下縱向預應力損失影響等均略有利；

（4）從結構上來說，在1/4斷面處，1.6次比2次梁高大45cm。自重增加3.5%，四分之一處斷面抗剪承載力增加5.8%。

縱向結果對比分析見表1～表4。

表1 縱向結果對比分析表-標準工況

2.2.2橫向受力對比分析結果

（1）不同拋物線指數下，1.6與2.0次拋物線引起的底板名義橫向應力與拋物線指數成反比，跨中區域底板高度過渡越平坦，由此產生的徑向力越小，在均在1.0～1.5MPa。2.0次拋物線對底板橫向受力略有利，差值在0.5MPa以下；

（2）與管道定位偏差引起的局部徑向力相比，梁底固有曲線產生的徑向力占總徑向力[4]比重較小，通過合理設置防崩鋼筋可以有效解決底板徑向力稍大問題,因此可不作為底板線形取值以及防崩鋼筋設置的主要依據。

橫向結果對比分析見表5。

跨中底板鋼束型號為15-19計算結果：

每根按照19根15.2鋼束考慮，單根張拉力為

3711kN，兩種形式底板鋼束在合攏段處的圓弧切線半徑見圖2～圖5，分別為301m和435m，節點力=T/R·1[1]。

表2 縱向結果對比分析表-橋面超載40%工況

表3 縱向結果對比分析表-縱向預應力損失10%工況

表4 縱向結果對比分析表-縱向預應力損失20%工況

表5 橫向結果對比分析表-徑向力

圖2 曲率半徑R=301m計算模型簡圖

圖3 曲率半徑R=435m計算模型簡圖

圖4 曲率半徑R=301m應力圖

圖5 曲率半徑R=435m應力圖

橫向底板跨中應力與半徑成反比，分別為1.4MPa和1.0MPa。

2.2.3經濟對比分析結果

與2次拋物線梁高變化相比，1.6次拋物線由于梁高變化較緩，單幅主橋混凝土方量多188m3，對應工程造價約23萬。

3 結 語

（1）通過詳細結果對比分析，施工累計位移、恒載長期收縮徐變跨中撓度1.6次略小于2次拋物線，最大差值14mm；主拉應力3/8L1.6次較2次拋物線略小0.1MPa；正應力2/8L處下緣1.6次較2次拋物線小1.45MPa；抗剪、抗彎承載力1.6次較2次拋物線均有提高，對縱向受力和長期預應力損失影響是有利的；

（2）梁底固有曲線產生的徑向力占總徑向力比重較小，預應力波紋管孔道定位偏差是引起底板橫向應力的主要因素，通過合理設置防崩鋼筋可以有效解決底板徑向力稍大問題；

（3）1.6次較2次拋物線單幅主橋混凝土方量多188m3，主橋造價多23萬。

綜合以上分析，梁高及底板厚度變化推薦采用1.6次拋物線。

[1]鮑衛剛,周泳濤.預應力混凝土梁式橋梁設計施工技術指南[M].北京：人民交通出版社,2009.

[2]張喜剛,等.大跨徑預應力混凝土梁橋設計施工技術指南[M].北京：人民交通出版社,2012.

[3]中鐵大橋勘測設計院有限公司.公路預應力混凝土箱梁設計指南[Z].2006.

[4]彭元誠.連續剛構箱梁底板崩裂原因分析與對策[J].橋梁建設, 2008(3)：67-70.

[5]徐郁峰,梁立農,宋神友.某連續剛構橋底板崩裂后的修補方法及其有限元仿真分析[J].橋梁建設,2007(4)：70-74.

U448.23

：B

：1009-7716（2017）02-0059-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.02.018

2016-11-08

金奇名（1986-），男，遼寧營口人，助理工程師，從事橋梁設計工作。