现浇预应力混凝土连续箱梁承载力分析

韩灵杰，唐华瑞

（1.郑州科技学院，河南郑州450064；2.郑州工商学院，河南郑州451400）

现浇预应力混凝土连续箱梁承载力分析

韩灵杰1，唐华瑞2

（1.郑州科技学院，河南郑州450064；2.郑州工商学院，河南郑州451400）

杭州湾跨海大桥杭甬高速连接线全线为高架桥，针对其主桥上部结构5跨（2×30m＋40m＋2×30m）现浇预应力混凝土单箱多室非对称且变宽整体连续箱梁桥，用有限元软件MidasCivil建立箱梁结构模型，计算了支座反力，验算了主梁的抗弯性、抗剪性和正截面的抗裂性。

杭甬高速连接线；高架桥；预应力混凝土；连续箱梁；承载力

0 引言

预应力混凝土连续箱梁是目前使用较多的桥梁结构形式之一［1］。国内外研究人员针对现浇预应力混凝土连续箱梁开展了大量的模型试验和结构理论研究，但对单箱多室非对称且变宽整体连续箱梁的结构分析及现浇连续箱梁的横梁和桥墩的研究相对较少，对桥墩施工阶段的结构计算分析，以及预张拉和终张拉前、后对箱梁现浇段应力跟踪测试研究相对更少［2～4］。为了保证施工质量，确保桥梁的安全和稳定，对现浇连续箱梁的结构受力进行分析已成为一个重要的课题。

1 工程概况

杭州湾跨海大桥杭甬高速连接线公路工程（余夫公路至小曹娥互通段）起点位于余姚市马渚镇大施巷东、余夫公路（S319）北侧，接跨海大桥杭甬高速连接线第一段高架桥设计终点，终点位于小曹娥镇符丁五丘东，接规划的杭甬高速公路复线小曹娥互通段，路线长度为17.9 km。该工程是浙江省“两纵两横十八连三绕三通道”高速公路网中杭州湾宁波通道的重要组成部分。它既是宁波市高速公路骨架路网中“三连”中的“一连”，也是余慈地区快速路网中“一环”的西环线。项目建成后，将完善宁波市高速公路骨架路网。同时，将构筑上海、嘉兴等地与余姚市、宁波市及温州市等地区间的第二高速公路通道。

这段高速连接线全线是高架桥，宽度为25.5m，桥面铺装采用4 cm厚的SMA－13型沥青马蹄脂碎石＋6 cm厚的SMA－16型沥青马蹄脂碎石，沥青混凝土与防水混凝土间设置防水层。高架桥上部结构分段采用现浇箱梁和内外悬臂不对称的分幅整体预制箱梁，下部结构采用花瓶式墩、群桩基础加承台。由于本工程全线长度大，结构形式复杂，笔者选取第13联5跨（2×30m＋40m＋2×30m）现浇预应力混凝土连续箱梁进行承载力分析。

2 现浇连续箱梁结构主要材料和计算模型

2.1 结构设计

选取的第13联5跨（2×30m＋40m＋2×30m）预应力混凝土现浇连续箱梁的断面形式为单箱五室斜腹板断面，断面全宽为29.665～38.924m，梁高均为2.35m，其结构模型如图1所示。

2.2 主要材料

主梁混凝土的强度等级为C50，钢筋类型为HRB400。预应力体系采用φs15.2高强度低松弛钢绞线，公称直径为15.2mm，公称截面积为140mm2，其标准强度为1 860MPa，性能符合《预应力混凝土用钢绞线》（GB／T5224－2003）标准。锚具、锚垫板、波纹管、锚下螺旋箍筋均采用其配套产品。波纹管采用塑料波纹管。采取真空辅助压浆工艺。

图1 箱梁结构模型示意图Fig.1 Box girder structure model

本桥上部结构主要材料用量指标如表1所示。

2.3 计算模型

桥梁上部结构预应力布置立面图与结构模型立面图如图2～图3所示。

表1 箱梁上部结构主要材料用量指标Tab.1 The main material utilization amount of box girder topside structure

图2 箱梁上部结构预应力布置立面图Fig.2 The vertical view of box girder topside structu re p restress ar rangement

图3 箱梁上部结构模型立面图Fig.3 The vertical view of box girder topside structure

3 现浇连续箱梁受力分析［5］

3.1 现浇连续箱梁结构支座反力计算

本桥各桥墩采用球型支座，每个桥墩设置多个支座。57＃～62＃墩采用的支座型号如表2所示。

经计算，在不同作用下，57＃～62＃墩上不同位置支座反力值如表3所示。

表2 57#～62#墩支座类型Tab.2 Bearing type of 57＃～62＃pier

表3 57#～62#墩上不同位置的支座反力Tab.3 D ifferent positions suppor t pressure of 57＃～62＃pier

由表2和表3可知，桥墩所采用的支座承载力能够满足设计要求。

3.2 主梁抗弯和抗剪验算

主梁按承载能力极限状态组合的弯矩和剪力包络图及对应的抗力图如图4和图5所示。图中，剪力的单位为kN，弯矩单位为kN·m。

由图4和图5可知，主梁各截面的正截面抗弯验算、斜截面抗剪验算均满足要求。

图4 主梁承载能力组合弯矩包络图及对应抗力图Fig.4 Girder carrying capacity combined bending m om ent envelope and corresponding resistance

图5 主梁承载能力组合剪力包络图及对应抗力图Fig.5 Girder carrying capacity combined shearing force envelope and corresponding resistance

3.3 正截面抗裂验算

主梁按A类构件进行正截面抗裂验算时，在作用短期效应组合和长期效应组合下的正截面拉应力包络图如图6～图9所示。图中，应力单位为MPa，以拉应力为正、压应力为负。

图6 短期效应组合主梁上缘最大拉应力包络图Fig.6 The short－term effect of combined girder’s upper margin maximum tension stress envelope

图7 短期效应组合主梁下缘最大拉应力包络图Fig.7 The short－term effect of combined girder’s lower margin m axim um tension stress envelope

图8 长期效应组合主梁上缘最大拉应力包络图Fig.8 The long－term effect of combined girder’s upper m argin maximum tension stress envelope

图9 长期效应组合主梁下缘最大拉应力包络图Fig.9 The long－term effect of combined girder’s lower margin maximum tension stress envelope

由图6～图9可得，在短期效应作用下，主梁上缘未出现拉应力，下缘未出现拉应力；主梁上、下缘按长期效应组合时，未出现拉应力。因此，主梁满足规范对于A类预应力构件的正截面抗裂要求。

4 结语

通过有限元软件midas Civil对具有代表性的5跨现浇预应力混凝土单箱多室非对称且变宽整体连续箱梁建立结构模型，进行了主梁的研究分析，由计算分析可知，主梁总体计算的承载能力、抗裂性及施工运梁短暂状态下的应力水平均能满足规范要求。

［1］范立础.桥梁工程：上册［M］.2版.北京：人民交通出版社，2012：3-5.

［2］郭金琼，房贞政，郑振.箱形梁设计理论［M］.北京：人民交通出版社，2008：2-10.

［3］余德孙.某混凝土连续箱梁桥病害分析［D］.武汉：湖北工业大学，2013.

［4］吕志涛，潘钻峰.大跨径预应力混凝土箱梁桥设计中的几个问题［J］.土木工程学报，2010，43（1）：70－76.

［5］宫亚峰，毕海鹏，李祥辉.箱梁横隔梁计算方法研究［J］.中外公路，2010，30（4）：140－144.

[责任编辑 杨明庆]

U441.2

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10.13681/j.cnki.cn41－1282/tv.2016.03.008

2016－05－16

韩灵杰（1982－），男，河南灵宝人，讲师／工程师，硕士，主要从事道路与桥梁工程的教学与研究工作。