大跨度混凝土连续刚构横向计算

□文/张勇

大跨度混凝土连续刚构横向计算

□文/张勇

某高速公路大跨度连续刚构桥主梁悬臂较长，箱梁顶板直接承受车轮荷载作用，横向内力较大。桥面板厚度、配筋情况及是否布置横向预应力束需根据桥面板横向分析确定。文章采用Midas建立该桥主梁的环框模型，进行桥面板的横向分析。

连续刚构；箱梁；桥面板；环框

1　工程概况

某连续刚构桥梁跨径布置为90m+160m+90m，中墩支点梁高取11m，中跨跨中及边跨现浇段梁高取3.5m，梁高按1.5次抛物线变化。

主梁采用悬浇施工工艺，具体节段划分为中墩0号块长12m（单侧6m），悬浇段共分为22个节段，长度分别为12×3m，10×3.7m，中跨及边跨合龙段长2m，边跨现浇段长2×3.5m。3m段最重为2287kN，最轻为1398kN，3.7m段最重为1659kN，最轻为1154kN。

主梁采用单箱单室直腹板断面，顶板宽13.85m，箱室宽7.85m，两边悬臂各3.0m，悬臂端部高20 cm，根部高80 cm。箱梁顶板厚32 cm，底板厚32～100 cm按1.5次抛物线渐变，腹板厚度为50、65、80mm三个厚度段。

主桥主梁采用C60混凝土。横桥向预应力采用3φs15.2mm的高强低松弛预应力钢绞线，标准强度1860 MPa，张拉控制应力为1302 MPa；为提高扁束施工质量，要求采用整体张拉工艺，其张拉控制力为546.8kN。

2　环框模型

2.1模型建立

在桥梁结构纵桥向取不利截面1m部分，建立环框模型。为计算方便，不计桥梁横坡的影响，采用Midas建立杆系模型，见图1和图2。

图1　主梁截面

图2　环框模型

2.2作用汇总

2.2.1恒载作用

C60混凝土重度26 kN/m3（程序自动考虑）；桥面铺装10 cm防水混凝土+10 cm沥青混凝土，重度取25 kN/m3；混凝土防撞栏杆单侧取10 kN/m；人行栏杆单侧取3kN/m；中央盖板0.25kN/m；过桥电缆1.5kN/m。

2.2.2车辆荷载

公路-I级车辆最大轮重70 kN，车轮着地尺寸0.2m（a1）×0.6m（b1），铺装层厚度h为0.2m。参照文献[1]进行计算荷载分布宽度。

1）平行于板的跨径方向的荷载分布宽度b=b1+2h =0.6+2×0.2=1.0（m）。

2）垂直于板的跨径方向的荷载分布宽度。计算跨径L取两腹板间的净距加板厚，L=7.25+0.32=7.57(m)。

（1）单个车轮位于板的跨径中部时

式中：l为计算跨径。

由于该桥计算跨径较大，（a1+2h）/L=0.65/7.57 =0.085 8，不能满足“比值很小”的条件，参照文献[2]图2-5-5b，进行线性内插计算得跨中最小分布宽度为0.53L，即求得的荷载分布宽度需满足a≥0.53L。

（2）车轮在板的支撑处时

式中：t为板的厚度，取平均值（0.75+0.32）/2=0.535（m）。

（3）车轮在板的支撑处附近，距支点的距离为x时

求得的分布宽度不大于车轮在板的跨径中部的分布宽度。

综合（1）～（3）项，计算求得各位置分布宽度见图3。

图3　分布宽度

将以上求得的各位置荷载分布宽度取倒数，即为1m计算模型所承担的活载比例系数。公路-I级车辆最大轮重70 kN，参照文献[3]汽车荷载的局部加载考虑冲击系数μ=0.3，结合活载比例系数即可求得箱梁截面各位置活载值。

2.2.3人群荷载

根据文献[3]，按照城镇郊区行人密集地区的公路桥梁计算，计算值为2.88kN/m2。

2.2.4温度作用

体系温差：体系升温26.1℃，体系降温24℃。内外温差：根据文献[4]考虑箱室内外±5°的温差。

2.2.5横向预应力作用

采用15-3高强低松弛钢绞线，张拉控制应力为1302 MPa，横向布置见图4和图5，纵向间距0.5m。横向预应力采用单端张拉，张拉端锚具与固定端锚具交错布置[5]，图4预应力布置方式一为参考其他同类桥梁布置形式，图5为根据计算结果调整后的钢束线形。

图4　横向预应力布置一

图5　横向预应力布置二

3　计算结果

根据文献[3]，该连续刚构桥为特大桥，设计安全等级为一级，结构重要性系数取1.1，按照部分预应力A类构件进行验算。

3.1正截面抗弯承载能力验算

由图6和图7可知，在荷载基本组合下，横向预应力钢束两种布置方式均能满足正截面抗弯承载力要求。方式一最大抗力比方式二大10%左右。

图6　钢束布置一

图7　钢束布置二

3.2斜截面抗剪承载能力验算

由图8和图9可知，在荷载基本组合下，横向预应力钢束两种布置方式均能满足斜截面抗剪承载力要求，两种布置方式最大抗力相差不明显。

图8　钢束布置一

图9　钢束布置二

3.3正截面抗裂验算

由图10和图11可知，在长期荷载组合下，钢束布置方式二没有出现拉应力，满足规范要求；钢束布置方式一不能满足正截面抗裂验算，其悬臂根部附近下缘出现拉应力，数值为1.05 MPa。

图10　钢束布置一

图11　钢束布置二

3.4其他项目验算

由表1可以看出，其他项目验算时横向钢束两种布置方式结果比较接近，需要指出的是应力最大值均出现在跨中变截面处，此处应注意布置普通钢筋进行加强。

表1　其他项目验算结果汇总MPa

4　结论

1）不同规模的连续刚构桥主梁顶板横向预应力钢束布置方式不同，需根据实际工程进行调整横向钢束长度、线形或根数，在进行反复验算，直到满足规范的验算要求。

2）该刚构桥横向分析仅考虑了横向预应力钢束及横向普通钢筋，而竖向预应力钢束是对横向内力的影响，有待进一步研究。

[1]J TGD62—2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S]．

[2]姚玲森.桥梁风工程[M].北京：人民交通出版社，2009.

[3]J TGD60—2004，公路桥涵设计通用规范[S]．

[4]大跨径连续刚构桥设计指南[S]．

[5]王阳.大跨度连续刚构桥预应力钢束设计研究[D].成都：西南交通大学，2011.

□DOI编码：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.03.016

□U443.3

□C

□1008-3197（2015）03-42-03

□2015-04-13

□张勇/男，1971年出生，工程师，硕士，天津城建设计院有限公司，从事工程技术管理工作。