橋梁附加荷載結構檢算及分析

江西正德工程檢測有限公司，江西 南昌 330200

1 工程概況

本橋設計荷載等級為：城-A級、人群3.5kN/m2。全橋總長795m，共分為6聯，橋跨組合為：（2×30m）+（30m+2×35m+2×30m）+（150m+45m+35m）（主橋）+（2×30m+33m+30m）+（30m+2×35m+32m+30m）+（2×30m）。引橋上部結構為：預應力箱梁，引橋下部結構為：空心薄壁墩，橋臺為薄壁式橋臺，基礎均為樁基礎。

現業主要求需要在結構上增加綠化設施，由于原設計未涵蓋結構兩側設置綠化設施，因此要對本橋梁進行附加荷載試驗，并根據檢測結果對橋梁承載力進行分析，是否滿足使用及安全性要求［1-2］。

2 檢測目的

首先對橋梁的現狀進行全面、細致、深入地現場檢查并進行評級，對增加綠化設施附加荷載后的結構檢算（部分橋段）。

3 橋梁承載能力評定

3.1 計算內容

經現場檢測，該橋上部承重結構及下部主體結構狀況良好，整體評級為B 級。根據《中心城區橋梁立體綠化設計、施工一體化項目施工方案》選取綠化段為本次計算選取最不利情況，即進行驗算［3］。

3.1.1 技術標準

（1）該橋結構設計安全等級為二級，γ0 ＝1.0；（2）因竣工圖紙中并未顯示橋梁預應力等級，故按A 類預應力構件驗算；（3）計算跨徑為：29.60m+29.60m（4）橋面系為：0.5m（護欄）+16.0m（行車道）+0.5m（護欄）=17.0m（5）主要用材：主梁：C50 混凝土。預應力鋼筋：采用低松弛預應力鋼絞線。鋼筋：箍筋為B12、B16。

3.1.2 驗算荷載取值

（1）恒載

①一期恒載：一期恒載包含主梁材料的實際重量，混凝土容重取26KN/m3

②二期恒載：二期恒載包括橋面鋪裝層、防撞護欄、欄桿、人行道板。其中：橋面鋪裝為9cm 瀝青砼（24KN/m3）、防撞護欄：10kN/m、人行道板為8cm 厚預制混凝土板，人行道鋪裝為2cm 砂漿+2cm 廣場地磚；③后期掛花荷載：3.25 kN/m

（2）預應力：全橋預應力鋼束張拉控制應力為1395MPa，預埋塑料波紋管及真空壓漿工藝，μ ＝0.15，k ＝0.0015

（3）活載：計算荷載：城-A 級，考慮汽車的偏載效應，取偏載系數為1.15。人群荷載按3.5KN/m2取用。

（4）支座沉降：支點不均勻沉降1cm，考慮支座間沉降的組合。

（5）溫度力：①箱梁截面上緣與下緣溫度及梯度的變化參照規范《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2004）取用。根據瀝青的鋪裝厚度內插。升溫：T1=14.0℃，T2=5.5℃，降溫：T1=7℃，T2=-2.75℃；②體系整體升溫20℃；體系整體降溫20℃。

3.2 計算方法

3.2.1 計算模型

橋梁靜力計算依據橋梁施工流程劃分與結構計算階段，根據荷載組合內容的規定進行應力、內力、主梁極限承載力建模計算，核驗主梁極限承載力及整體剛度、結構在正常工作時應力能否滿足規范要求。總體計算采用Midas civil 2015 軟件，計算模型見圖3 所示。

圖3 結構計算模型

3.3 承載能力極限狀態檢算

參照相關規范規定：配筋混凝土橋梁承載能力極限狀態，需滿足下式要求：

3.3.1 正截面抗彎承載力極限狀態驗算

根據上述承載能力極限狀態判別式及評定原則，對綠化施工前后箱梁分別進行驗算。

正截面抗彎承載力極限狀態檢算結果見表3 所示。

表3 正截面抗彎承載力檢算結果（kN·m）

根據上述可知，本橋正截面抗彎承載能力均滿足城市A 級及人群荷載3.5kN/m2的計算要求。

3.3.2 斜截面抗剪承載力極限狀態檢算

根據上述承載能力極限狀態判別式及評定原則，對綠化施工前后箱梁分別進行驗算。

斜截面抗剪承載力極限狀態/主梁最不利剪力組合效應檢算結果見表4 所示。

表4 斜截面抗剪承載力檢算結果（kN）

根據以上表示，該橋斜截面抗剪承載力均滿足城-A 級及人群荷載3.5kN/m2的強度要求。

3.4 正常使用極限狀態檢算

3.4.1 應力驗算

（1）混凝土抗裂驗算

依據相關規定：

①正截面抗裂應對構件正截面混凝土的拉應力進行核驗，并應符合下列規定：

A 類預應力混凝土構件，在作用（或荷載）短期效應組合下：

但在荷載長期效應組合下

②斜截面抗裂應對構件斜截面混凝土的主拉應力進行驗算，并應符合下列規定：

A 類預應力混凝土構件，在作用（或荷載）短期效應組合下

預制構件 σst-σpc≤0.7ftk

①正截面抗裂驗算

該橋混凝土箱梁以A 類預應力混凝土構件進行抗裂驗算，受力最不利主梁正截面抗裂驗算結果匯總見表5。

表5 正截面法向拉應力檢算結果匯總表

②斜截面抗裂驗算

該橋主梁按A 類預應力混凝土構件進行抗裂驗算，受力最不利主梁斜截面抗裂驗算結果匯總見表6。

表6 斜截面主拉應力檢算結果匯總表

由上表可知，該橋混凝土的抗裂計算結果均滿足城-A 級及人群荷載3.5kN/m2的使用要求。

（2）混凝土壓應力驗算

依據相關規范規定：

①使用階段預應力混凝土受彎構件正截面混凝土的壓應力，應符合下列規定：

受壓區混凝土的最大壓應力

②混凝土的主壓應力應符合下式規定

該橋梁按A 類預應力混凝土構件，即未開裂構件進行驗算后，受力最不利主梁驗算結果匯總見表7～表8。

表7 正截面法向壓應力驗算結果

表8 斜截面主壓應力驗算結果

由上表可知，該橋混凝土的法向應力、主應力計算結果均滿足城-A 級及人群荷載3.5kN/m2的使用要求。

3.4.2 剛度檢算

撓度限值fL按照相關規范規定取用，具體見下述說明。

該橋撓度驗算結果見表9 所示。

表9 撓度檢算結果表

由上表可以看出，該橋剛度計算結果均滿足城-A 級及人群荷載3.5kN/m2的使用要求。

4 結論

根據《中心城區橋梁立體綠化設計、施工一體化項目施工方案》飛龍島大橋綠化段為。本次計算選取最不利情況的承載能力極限狀態斜截面強度、承載能力極限狀態斜截面強度、承載能力極限狀態正截面強度、結構剛度、正常使用狀態截面主應力的計算結果均滿足城市A 級及人群荷載3.5kN/m2的工作要求。