變截面連續梁橋面板計算分析

文 / 陳樂元

一、橋梁簡介

某特大橋主橋為70m+130m+70m預應力混凝土變截面連續梁，橋寬14.5m。

箱梁采用單箱單室直腹板箱形斷面，支點處梁高8m，高跨比為1/16.25，跨中梁高3m，高跨比為1/43.3，箱梁高度按1.8次拋物線變化。箱梁頂寬為14.5m，底板寬度為7m，翼緣懸臂寬3.75m；箱梁頂板厚度除0號塊部分為0.5m外，其余梁段為0.28m；箱梁底板厚度由距墩中心3.5m處到合龍段處按1.8次拋物線變化，由1m變化至0.32m，0號塊底板厚為1.5m；箱梁腹板厚度在0號塊、1～9號梁段為0.9m，12～16號梁段為0.6m，10～11號梁段為腹板變化段。主梁采用C55混凝土，掛籃懸臂逐段施工。

二、預應力系統

箱梁采用三向預應力體系，橋面板按A類預應力混凝土構件設計。橫向預應力筋是用以保證橋梁的橫向整體性、橋面板及橫隔板橫向抗彎能力的主要受力鋼筋。橋面板橫向預應力鋼束采用按GB/T5224-2014技術標準生產的高強度低松弛鋼鉸線，規格為Φ15.2-3；抗拉強度標準值為fpk＝1860MPa，彈性模量Ep＝1.95×105MPa。

三、橋面板結構離散

從上部結構箱梁中，提取1m跨中橋面板模型，進行橋面板結構驗算。離散模型如圖1所示。

橋面板按A類預應力結構計算，橫向設置兩個支座，支承節點為腹板中心線。

四、橋面板計算結果

（一）持久狀況承載能力極限狀態計算

計算結果顯示，持久狀況承載力能力極限狀態下，橋面板正截面抗彎承載力（圖2）和斜截面抗剪承載力（圖3），均滿足規范要求。

（二）持久狀況正常使用極限狀態計算

a）橋面板正截面抗裂驗算

按A類預應力混凝土構件計算，分段澆筑混凝土結構短期效應組合下應力應滿足：

σst－σpc≤0.7ftk

運營階段橋面板各單元上、下緣在短期效應組合下最小正應力（圖4），滿足規范要求。

b）橋面板斜截面抗裂驗算

按A類預應力混凝土構件計算，分段澆筑混凝土結構短期效應組合下應力應滿足：

σtp≤0.5ftk

運營階段橋面板各單元上、下緣在短期效應組合下最大主拉應力（圖5），滿足規范要求。

（三）持久狀況和短暫狀況應力計算

a）持久狀況混凝土最大壓應力計算

規范限值：σkc＋σpt≤0.5fck =17.75 MPa

使用階段箱梁截面最大壓應力為6.49MPa，不超過規范限值，滿足規范要求。

b）持久狀況混凝土最大主壓應力計算

規范限值： σcp≤0.6fck =21.36.49MPa

使用階段箱梁截面最大主壓應力為6.49MPa，不超過規范限值，滿足規范要求。

c）鋼束應力計算

規范限值： σpe＋σp≤0.65fpk =1209 MPa

使用階段預應力鋼束應力計算顯示，最大拉應力為1128.1MPa，不超過規范限值，基本滿足規范要求。

d）短暫狀況混凝土應力計算

短暫狀況應力計算主要對構件在預應力和自重等施工荷載作用下截面邊緣混凝土的法向應力進行計算。

截面邊緣混凝土的法向壓應力應符合下式規定：σtcc≤0.70f'ck =19.88 MPa

施工階段邊緣混凝土的最大法向壓應力為6.93 MPa，不超過規范限值，滿足規范要求。

五、主要計算結論

橋面板按A類預應力構件驗算，主要計算結論如下：

1）持久狀況承載能力極限狀態計算：正截面抗彎承載力和斜截面抗剪承載力滿足規范要求。

2）持久狀況正常使用極限狀態計算：正截面抗裂和斜截面抗裂驗算滿足規范要求。

3）持久狀況和短暫狀況應力計算：持久狀況混凝土最大壓應力、混凝土最大主壓應力、鋼束拉應力及短暫狀況混凝土應力，均滿足規范要求。

六、結語

橋面板是直接承受車輛輪壓的承重結構。本文對預應力混凝土變截面連續梁橋面板進行計算分析，證明了其安全性和合理性，對類似橋梁具有參考價值。