某预应力混凝土连续梁桥内力计算分析

邓 勇

(大连交通大学基建处，辽宁 大连 116028)

某预应力混凝土连续梁桥内力计算分析

邓 勇

(大连交通大学基建处，辽宁 大连 116028)

采用桥梁专用有限元软件MIDAS/Civil对某大跨度预应力混凝土连续梁桥的上部结构建立桥梁实体模型，并对其进行了内力计算分析，得出了不同荷载效应作用下桥梁的内力数据，同时对不同荷载效应按照正常使用极限状态和承载能力极限状态进行内力组合，绘出内力包络图，从而为大跨度预应力连续梁桥的配筋设计提供了理论依据。

连续梁桥，桥梁模型，内力计算，包络图

0 引言

预应力混凝土连续梁桥是预应力桥梁庞大家族中的一员[1]，它有以下优点：优良的整体性，抵抗变形和地震能力好，梁顶面坡度小，变形缝设置数量少，车辆颠簸程度小[2]，而且该类桥梁日渐完善的设计理论、施工技术使得桥梁施工质量安全和施工时间比较容易掌握，完工后投入人力、物力、财力数量小。这些有利条件使得预应力混凝土连续梁桥在公路、铁路和城市桥梁工程中得到广泛应用[3，4]。

在预应力混凝土连续梁桥结构设计中占据着很主要地位的部分就是预应力的设计[5]，设计时已有的设计经常被借为参考依据，初步设定结构的构件尺寸大小，采用何种材料以及作业方式，然后模拟连续梁作业时的工序，计算出连续梁在永久、临时荷载作用下内力，依据连续梁最大设计内力包络图完成配筋[6-8]。依据连续梁的弯矩包络图来进行预应力混凝土连续梁桥纵向钢筋的配筋是比较典型的方法，也就是以在不同荷载的组合下连续梁的破坏情形为依据进行配筋。这种方法与连续梁在受弯作用下的内力相符，受到工程人员的青睐[9，10]。

1 工程背景概况

本文所研究的某预应力连续梁桥位于山东境内黄河河段上，梁体为单箱单室、变高度、变截面箱梁，主桥计算跨度为(42+70+42)m，梁底下缘线按二次抛物线变化。

桥面设有1.5%的横坡，2%的纵坡。主梁上部结构为变截面箱梁，采用C50混凝土，基础采用钻孔灌注摩擦桩，桥墩为圆端形实体墩。设计荷载为公路—Ⅰ级，全桥采用悬臂节段浇筑施工法。主梁上部结构图如图1所示。

2 桥梁模型的建立

本文所研究桥梁上部结构形式为双向四车道的预应力混凝土连续箱梁，全桥总长为154 m，分跨布置为42 m+70 m+42 m。根据实际工程情况，本文采用MIDAS/Civil桥梁计算软件建立该桥的实体模型，共划分为52个单元，53个节点，桥梁实体模型如图2所示。

3 荷载组合及内力包络图

3.1 恒载内力计算

恒载内力包括主梁自重(前期荷载)引起的主梁自重内力和后期恒载(如桥面铺装、人行道、栏杆、灯柱等)引起的主梁后期恒载内力。计算恒载内力，并绘出恒载内力图，见图3，图4。

3.2 活载内力计算

活载内力由可变作用的汽车荷载(包括车道荷载和车辆荷载)及人群荷载产生。根据建立的有限元模型进行影响线分析，得到桥梁各个截面的内力影响线，对这些内力影响线进行最不利加载，并考虑相应的横向分布系数和冲击系数，就能得到这些内力的最大值和最小值，从而绘出内力包络图，见图5，图6。

3.3 荷载组合

设计时结构内力需要进行组合，包括正常使用极限状态和承载能力极限状态两种。其中按第一种状态组合主要采用荷载短期效应和长期效应两种组合。荷载短期效应组合是可变荷载频遇值和永久荷载标准值两种效应的组合，其计算公式为：

其中，Ssd为进行荷载短期效应组合后的设计值；ψ1j为系数，修正第j个可变荷载效应的频遇值；ψ1jSQjk为第j个可变荷载效应修正后的频遇值。

经过用软件分析计算出荷载短期效应组合的内力值，并绘出包络图，见图7，图8。

可变荷载准永久值和永久荷载标准值两种效应的组合就是荷载长期效应组合，其计算公式为：

其中，Sld为进行荷载长期效应组合后的设计值；ψ2j为系数，修正第j个可变荷载效应的准永久值；ψ2jSQjk为第j个可变荷载效应修正后的准永久值。

经过MIDAS/Civil分析计算出作用长期效应组合的内力值，绘出包络图，见图9，图10。

采用基本组合主要是按承载能力极限状态组合设计时用的，也就是可变荷载设计值和永久荷载的设计值两种效应的组合，其计算公式为：

其中，Sud为进行基本组合后的效应组合设计值；γ0为系数，由结构重要性决定；γGi为分项系数，修正第i个永久荷载效应；γQ1为分项系数，修正汽车荷载效应；γQj为分项系数，修正除汽车荷载

效应(包括汽车离心力和冲击力)外的其他第j个可变荷载效应；SGik为荷载效应标准值，由第i个永久荷载效应产生；SQ1K为荷载效应标准值，由汽车荷载效应(包括汽车离心力和冲击力)产生；SQjk为荷载效应标准值，由除汽车荷载效应(包括汽车离心力和冲击力)外的其他第j个可变荷载效应产生；ψc为组合系数，修正除汽车荷载效应(包括汽车离心力和冲击力)外的其他可变荷载效应。

经过软件分析计算出的基本组合内力值，绘出包络图，见图11，图12。

4 结语

本文通过MIDAS/Civil桥梁计算软件计算出主梁在各种荷载效应作用下的内力，并按照正常使用极限状态和承载能力极限状态组合，绘出内力包络图。

1)经分析计算，得出主梁最大压应力为8.21 MPa，小于抗压强度设计值23.1 MPa，最大拉应力为0.41 MPa，小于抗拉强度设计值1.33 MPa，强度满足设计要求；2)经分析计算主梁抗剪设计值为24 355 kN，大于主梁剪力最大值18 327 kN，满足斜截面抗剪设计要求；3)本文的分析结果为后续预应力钢筋配置提供了设计依据，此法也可作为同类桥型的设计参考。

[1] 李亚东.桥梁工程概论[M].成都：西南交通大学出版社，2001.

[2] 李 坚.我国预应力混凝土连续梁桥的发展与实践[J].城市道路与防洪，2001，3(1)：5-7.

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[6] 马智永，黄新河，刘海龙.桥梁工程施工力学问题的研究和应用[J].河南科学，2003，2(5)：150-151.

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[10] Podolny WJ & Muller JM.Construction and Design of Prestressed Concrete Segmental Bridge [M]. John Wiley & Sons，Inc.1982.

Internal force calculation and analysis of a certain prestressed concrete continuous beam bridge

DENG Yong

(DalianJiaotongUniversity,CapitalConstructionDepartment，Dalian116028,China)

MIDAS/Civil is adopted to make a superstructure of a certain prestressed concrete continuous beam bridge model, and to analyze its internal force. So internal force data of bridge in different loads are obtained, different loads are combined together to calculate internal force envelope data base on serviceability limit state and ultimate limit state, and then envelope diagrams are made. The results can be used as a reference in designing prestressed reinforcing bar when designing a continuous beam bridge.

continuous beam bridge, bridge model, internal force calculation, envelope diagram

1009-6825(2014)07-0169-03

2013-12-29

邓 勇(1977- )，男，工程师

U442

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