6×30m預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁計(jì)算分析

趙海艷

（中鐵建蘇州設(shè)計(jì)研究院有限公司 江蘇蘇州 215104）

1 工程概況

該工程起于園區(qū)星塘街，以隧道的形式穿越星湖街和陽澄西湖，地面部分采用高架橋的形式跨過蘇嘉杭高速公路順著太陽路方向一直向西，在跨過S227省道、相城大道，后采用分幅高架橋的形式下穿蘇州地鐵2號(hào)線，然后越過老蘇虞張公路以及廣濟(jì)北路，下穿新建的蘇虞張公路高架橋，跨過蘇埭路落地，以地面主輔快速路的形式接至蘇錫交界，路線全長約28km。

現(xiàn)以橋跨6～30m為例對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁計(jì)算進(jìn)行分析。具體橋梁斷面如圖1。

圖1

2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

汽車荷載等級(jí)為公路—Ⅰ級(jí)，同時(shí)參照城市-A級(jí)，全線采用雙向六車道，設(shè)計(jì)行車速度100km/h，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100年，橋面橫坡為雙向2%，橋梁凈寬為11.25m，抗震要求按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010），蘇州抗震設(shè)防烈度為Ⅵ度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.05g。本工程抗震設(shè)防類別為B類，抗震設(shè)防措施為7級(jí)。

3 小箱梁上部結(jié)構(gòu)計(jì)算

3.1 基礎(chǔ)資料

箱梁頂寬度為2.4m，底寬為2.0m，箱梁的橫坡通過頂?shù)装逍纬桑孛嫘∠淞焊叨葹?.6m，頂板標(biāo)準(zhǔn)段厚度18cm，底板標(biāo)準(zhǔn)段厚度25cm，采用C50混凝土。

3.2 縱向靜力計(jì)算

3.2 .1設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）單元?jiǎng)澐?/p>

利用橋梁博士V3.5.0軟件建立該橋上部結(jié)構(gòu)模型，共分為梁單元181個(gè)，節(jié)點(diǎn)182個(gè)。

（2）一期恒載和二期恒載

一期恒載的混凝土容重為26kN/m3計(jì)，依據(jù)實(shí)際的斷面計(jì)重量，橫梁依照集中荷載設(shè)計(jì)。二期的恒載主要為護(hù)欄、泄水管道和橋面鋪裝以及調(diào)平層等。

（3）預(yù)應(yīng)力

預(yù)應(yīng)力鋼絞線使用直徑φs15.2mm高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，該線的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk＝1860MPa，管道摩阻系數(shù)0.25，松弛率≤2.5%，彈性模量Ep＝1.95×105MPa，局部偏差系數(shù)0.0015，一端錨具變形及鋼束回縮6mm，錨下張拉控制應(yīng)力按照0.75fpk=1395MPa控制。

（4）混凝土收縮與徐變作用

依照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG3362-2018）計(jì)算，年平均的相對(duì)濕度RH取值80%。

（5）結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)

按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2015）要求取1.1/1.0。

（6）基礎(chǔ)變位作用

地基及基礎(chǔ)不均勻沉降按1.0cm計(jì)算。

（7）汽車沖擊力

依照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2015）中要求的方法計(jì)算。

（8）溫度（梯度溫度與均勻溫度）作用

梯度溫度的計(jì)算依據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2015）的第4.3.10的4條規(guī)定進(jìn)行計(jì)算，體系升溫為25℃、體系降溫為25℃。

（9）構(gòu)件類型

按A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2015）的四種工況進(jìn)行計(jì)算。

3.2.2 驗(yàn)算內(nèi)容

（1）驗(yàn)算內(nèi)容包括小箱梁在長期及短期荷載效應(yīng)組合下結(jié)構(gòu)抗裂驗(yàn)算；

（2）承載能力極限狀態(tài)正截面強(qiáng)度驗(yàn)算；

（3）支座反力。

3.2.3 驗(yàn)算結(jié)果

限于篇幅因素，本文僅對(duì)中梁計(jì)算結(jié)果進(jìn)行介紹，邊梁計(jì)算原理和中梁相同，這里不在贅述。

（1）短期荷載效應(yīng)組合下驗(yàn)算

通過計(jì)算，短期荷載效應(yīng)組合下單元最大主壓應(yīng)力為12.7kg/cm2，最大主拉應(yīng)力為-1.58kg/cm2，單元上緣最大應(yīng)力12.7kg/cm2，單元下緣最大應(yīng)力10.6kg/cm2；單元上緣最小應(yīng)力-1.56kg/cm2，單元下緣最小應(yīng)力-1.58kg/cm2，詳細(xì)見圖 2～3。

圖2 中分別代表上緣最大、最小應(yīng)力及下緣最大、最小

圖3 中分別代表最大主壓及最大主拉應(yīng)力

（2）長期荷載效應(yīng)組合下驗(yàn)算

通過計(jì)算，長期荷載效應(yīng)組合下單元最大主壓應(yīng)力為8.31kg/cm2，最大主拉應(yīng)力為-1.01kg/cm2，單元上緣最大應(yīng)力8.31kg/cm2，單元下緣最大應(yīng)力7.92kg/cm2；單元上緣最小應(yīng)力1.59kg/cm2，單元下緣最小應(yīng)力1.43kg/cm2，詳細(xì)見圖 3～4。

圖4 中分別代表上緣最大、最小應(yīng)力及下緣最大、最小

圖5 中分別代表最大主壓及最大主拉應(yīng)力

（3）基本荷載效應(yīng)組合下驗(yàn)算

通過計(jì)算，基本荷載效應(yīng)組合下單元最大主壓應(yīng)力為13.7kg/cm2，最大主拉應(yīng)力為-2.61kg/cm2，單元上緣最大應(yīng)力13.7kg/cm2，單元下緣最大應(yīng)力11.5kg/cm2；單元上緣最小應(yīng)力-2.61kg/cm2，單元下緣最小應(yīng)力-1.96kg/cm2，詳細(xì)見圖 6～7。

圖6 圖中分別代表上緣最大、最小應(yīng)力及下緣最大、最小

圖7 圖中分別代表最大主壓及最大主拉應(yīng)力

（4）承載能力極限狀態(tài)正截面強(qiáng)度驗(yàn)算

由下述兩個(gè)彎矩包絡(luò)圖可得，彎矩承載力滿足規(guī)范要求。

圖8 中分別代表最大彎矩對(duì)應(yīng)抗力及最大彎矩

圖9 中分別代表最小彎矩對(duì)應(yīng)抗力及最小彎矩

（5）支反力驗(yàn)算

通過計(jì)算，支反力見表1。

表1 支反力一覽表

4 結(jié)語

（1）通過運(yùn)用橋梁博士V3.5.0軟件在短期荷載、長期荷載、基本荷載組合下，對(duì)小箱梁的拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、強(qiáng)度、支座反力進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果顯示，滿足規(guī)范要求。

（2）為類似小箱梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算提供相關(guān)參考。