連續梁橋設計與結構計算分析

曹愛虎 （安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088）

1 工程簡述

該工程位于安徽巢湖，主橋橋跨布置：（40+60+40）m，采用變截面預應力混凝土連續箱梁，橋寬12.5m，箱梁采用單箱單室斷面，箱梁頂板寬12.50m，底板寬6.5m，腹板變厚度，厚度分別為70cm和50cm，頂板厚28cm，底板厚度按二次拋物線由30cm變化到70cm，箱梁根部梁高3.5m，端部梁高1.8m，橋面采用雙向2%的橫坡。

圖1 主梁支點橫斷面

2 設計荷載

2.1.恒載

一期恒載按實際斷面尺寸計取重量，箱梁混凝土容重按26kN/m3取值，端、中橫隔梁按集中力施加于結構上。

二期恒載75kN/m（包括瀝青混凝土橋面鋪裝、調平層、護欄）。

2.2.可變作用

①基本可變作用

驗算荷載：公路-Ⅰ級，按3車道荷載計算，汽車荷載橫向分配系數＝3x1.15x0.78=2.691。

②溫度作用

采用《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60—2015）中規定的豎向溫度梯度模式。

③支座不均勻沉降

主墩按照15mm考慮，邊墩按照10mm考慮。

3 預應力連續梁縱向結構驗算

主橋縱向整體結構進行持久狀況承載能力極限狀態和正常使用極限狀態驗算。

3.1 結構分析模型的建立

主梁結構類型為預應力混凝土結構，橋墩和基礎采用鋼筋混凝土結構，有限元計算時將結構離散為88個梁單元，4個支承單元，共有48類鋼束，1種規格。

整體結構采用同濟大學橋梁結構計算軟件橋梁博士進行結構分析，其離散模型如圖2所示。

圖2 結構離散模型示意圖

3.2 計算結果

3.2.1 持久狀況承載能力極限狀態驗算

公路橋涵結構按承載能力極限狀態設計時，對持久設計狀況和短暫設計狀況應采用作用的基本組合[2]，荷載基本組合表達式：

由程序計算得主要控制截面抗彎承載能力見表1。

由表1可知，本橋承載能力均滿足規范要求。

主要控制截面抗彎承載能力（kN·m） 表1

3.2.2 持久狀況正常使用階段標準值組合最大壓應力驗算

《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG 3362-2018）第7.1.5條規定，對于未開裂的預應力混凝土受彎構件，其使用階段混凝土正截面壓應力應滿足σkc+σpt≤ 0.5fck=0.5×32.4=16.2MPa，由程序計算得主要控制截面使用階段上、下邊緣最大壓應力見表2。

正常使用狀態下主梁結構應力情況一覽表 表2

以表2可以看出，本橋使用階段混凝土正截面壓應力滿足規范要求。

3.2.3 正常使用極限狀態正截面、斜截面抗裂驗算

《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》第6.3.1條規定，對于現澆施工的預應力混凝土構件，在作用短期效應組合作用下應滿足σtp≤0.4ftk=1.06MPa[3]。正常使用極限狀態混凝土正截面抗裂計算結果見圖3。

圖3 正常使用極限狀態正截面抗裂驗算

預應力混凝土受彎構件的斜截面抗裂計算，規范采用對作用短期效應組合和預加力產生的混凝土主拉應力σtp加以限制的方法，部分單元混凝土主拉應力計算結果見圖4。

圖4 正常使用極限狀態斜截面抗裂驗算

從抗裂驗算結果可以看出，在正常使用極限狀態作用短期效應組合時，梁體最小壓應力值為0.48MPa，正截面抗裂驗算滿足規范的要求。

從混凝土截面斜截面抗裂驗算結果可以看出，梁體截面在最不利作用效應組合下最大主拉應力為-0.92MPa，斜截面抗裂驗算滿足規范全預應力構件的要求。

3.2.4 撓度驗算

箱梁按全預應力混凝土構件設計，按《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG 3362-2018）6.5.3條規定，預應力混凝土受彎構件長期撓度值，在消除結構自重產生的長期撓度后箱梁最大撓度處不應超過計算跨徑的≤l/600。撓度驗算見表3（表中撓度以向下為正）。

撓度驗算表(mm) 表3

表3結果表明：在消除結構自重產生的長期撓度后箱梁最大撓度為52.6mm ≤l/600，滿足《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》第6.5.3條對撓度的要求。

4 結論

通過對橋梁結構整體進行靜力計算分析，表明結構受力、應力、位移都可以滿足現行規范要求，結構整體是安全可靠的。本項目中橋梁選用變截面預應力混凝土連續箱梁橋型具備結構受力性能良好、剛度大、抗震性能良好、線條平順、造型美觀、行車舒適度好、后期養護修工程量小等優勢[4]。變截面預應力混凝土連續梁已廣泛應用于各工程項目中。