三跨预应力混凝土变截面连续梁桥横梁与桥面板计算分析

危玉蓉，潘怡宏，梁庆学

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430010）

三跨预应力混凝土变截面连续梁桥横梁与桥面板计算分析

危玉蓉，潘怡宏，梁庆学

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430010）

以一座三跨变截面连续梁桥为例，使用MIDAS/Civil软件建立三维有限元模型,对桥梁横梁及桥面板结构进行验算。横梁的静力计算分析以平面杆系理论为基础，横梁验算分中横梁与端横梁验算，主要包含：正截面抗弯强度验算、正截面抗裂验算、斜截面抗裂验算。桥面板验算主要包括：正截面抗弯强度验算、使用阶段裂缝宽度验算。通过计算结果发现,横梁设计在静力作用下的应力状态与承载力完全满足规范要求,正常使用阶段与施工状态的稳定性也满足规范要求。分析算例可为类似工程设计提供参考。

变截面连续梁桥；有限元模型；中横梁；端横梁；桥面板

1 项目背景

某桥梁结构采用50 m+90 m+50 m=190 m悬臂浇筑变截面连续梁，分南北两幅设计，桥梁全长197.0 m，单幅桥宽16.0 m。

桥梁上部结构采用变截面悬臂浇筑预应力混凝土箱梁。箱梁为单箱三室直腹板截面，顶宽16.0 m，跨中底宽11.1 m，两侧翼缘宽2.45 m。连续箱梁中支点梁高5.5 m，跨中梁高为2.2 m，底板采用变厚度布置，由支点向跨中逐渐减少，支点处厚为75 cm，跨中厚为25 cm。箱室顶板厚度为28 cm，翼缘板端部厚度22 cm，根部厚度55 cm。箱室腹板厚度由支点处经一次渐变至跨中，厚度由90 cm渐变至50 cm。箱梁采用节段对称悬臂浇筑施工。

2 横梁预应力钢束设计

中横梁顺桥向宽为3.5 m，端横梁顺桥向宽为1.5 m。均采用15-12的钢绞线；锚具采用YGM锚具。中横梁N1，N2均为7根，端横梁N1，N2均为2根，横梁预应力采用抗拉强度标准值为1 860 MPa的高强度低松驰钢绞线，见图1、图2。

图1 中横梁钢束立面图（单位：cm）

图2 端横梁钢束立面图（单位：cm）

预应力钢束管道压浆采用PE真空辅助压浆技术；预留管道采用塑料波纹管，摩擦系数μ=0.17，孔道偏差系数采用k=0.001 5；钢绞线采用高强度低松弛预应力钢绞线，弹性模量Ep=1.95×105MPa，标准强度 fpk=1 860 MPa，锚下张拉控制应力为0.75 fpk。

3 横梁计算与分析

使用MIDAS/Civil软件建立三维有限元模型,对桥梁横梁进行验算。

3.1 计算方法

验算时：恒载计算采用以下方法：将纵向计算中一二期恒载产生的支座反力扣除横梁模型中一二期恒载后，以该值的70%换算为腹板集中力，30%换算为均布力。活载求出单列车效应，进行横向加载。

3.2 中横梁计算与分析

中横梁的静力计算分析以平面杆系理论为基础，结合构造、预应力钢束布置和施工特点，将横梁划分为32个单元，35个节点，见图3。横梁验算主要包含：正截面抗弯强度验算、使用阶段抗裂验算。

图3 中横梁计算模型

3.2.1 正截面抗弯强度验算

从图4和图5可知，中横梁各截面抗力均大于弯矩设计值，正截面抗弯强度验算满足要求。

图4 最大弯矩包络图

图5 最小弯矩包络图

3.2.2 正截面抗裂验算

横梁按部分预应力混凝土A类构件设计，计算结果见图6、图7。

图6 使用阶段正截面短期抗裂验算

图7 使用阶段正截面长期抗裂验算

从图6和图7可知，正常使用阶段短期效应组合下，中横梁正截面应力小于规范允许值；长期效应组合下，中横梁各截面均未出现拉应力，满足规范要求。

3.2.3 斜截面抗裂验算

从图8可知，正常使用阶段中横梁斜截面抗裂满足要求。

图8 使用阶段斜截面抗裂验算

3.3 端横梁计算与分析

端横梁的静力计算分析以平面杆系理论为基础，结合构造、预应力钢束布置和施工特点，将横梁划分为32个单元，35个节点，见图9。横梁验算主要包含：正截面抗弯强度验算、使用阶段抗裂验算。

图9 端横梁计算模型

3.3.1 正截面抗弯强度验算

从图10和图11可知，端横梁各截面抗力均大于弯矩设计值，正截面抗弯强度验算满足要求。

图10 最大弯矩包络图

图11 最小弯矩包络图

3.3.2 正截面抗裂验算

横梁按部分预应力混凝土A类构件设计，计算结果见图12、图13。

图12 使用阶段正截面短期抗裂验算

从图12和图13可知，正常使用阶段短期效应组合下，端横梁正截面应力小于规范允许值；长期效应组合下，端横梁各截面均未出现拉应力，满足规范要求。

3.3.3 斜截面抗裂验算

从图14可知，正常使用阶段横梁斜截面抗裂满足要求。

图14 使用阶段斜截面抗裂验算

4 桥面板计算与分析

4.1 计算模型

随着计算机技术的不断发展与完善，计算机病毒问题也变得越来越棘手。计算机病毒的防范是一个综合的系统工程，它主要包括了对单个计算机系统与整个网络的病毒防范过程。如果想要对整个计算机网络进行防范就必须要进行统一的管理，首先必须要使用统一的网络病毒查找软件，这个软件能够及时准确地对网络中的病毒进行识别并及时的做出相应的处理。第二，网络杀毒软件要对整个网络进行杀毒处理，这些软件也要能够在没有人工干涉的条件下自动升级，自动对病毒进行深层次的消毒处理，保证网络系统的安全性与稳定性。

在上部结构跨中取纵桥向长1 m的普通钢筋混凝土梁段进行建模分析，梁高2.2 m，宽16 m，悬臂长度2.45 m，采用梁单元进行模拟，见图15。桥面板验算主要包括：正截面抗弯强度验算、使用阶段裂缝宽度验算。

图15 桥面板计算模型

4.2 主要荷载取值

（1）车辆荷载

车轮荷载为：70 kN，分布宽度：根据规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）4.1.3-1，沿横桥向车轮矩形荷载的分布宽度（平行于跨径方向的分布宽度）b=b1+ 2h=0.82 m,；纵向分布宽度取分析模型的梁段宽度，即1 m。行车道宽11.5 m，按3车道设计。

（2）车道荷载

根据规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）4.1.3～4.15，车轮荷载垂直于板跨径方向的荷载分布宽度a是变化的，midas在车道线中通过比例系数（b/a）来调整车轮荷载的效应，比例系数取值见表1。

表1 车道荷载比例系数计算表

4.3 正截面抗弯强度验算

从图16和图17可知，桥面各单元抗力均大于弯矩设计值，正截面抗弯强度验算满足要求。

图16 最大弯矩包络图

图17 最小弯矩包络图

4.4 使用阶段裂缝宽度验算

从图18可知，桥面板各单元裂缝宽度均小于容许最大值，使用阶段裂缝宽度验算满足要求。

图18 使用阶段裂缝宽度验算

5 结论

通过对变截面连续梁桥横梁与桥面计算分析，分析结果显示：

（1）正截面抗弯强度验算满足要求

（2）使用阶段抗裂验算满足规范要求。

（3）桥面板受力满足要求。

本文针对变截面连续梁桥的横梁与桥面板进行计算分析，希望能为今后类似工程设计提供参考。

[1]叶见曙.结构设计原理[M].北京:人民交通出版社,1998.

[2]范立础.桥梁工程人民[M].北京:人民交通出版社,2001.

[3]JTG D64-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

U448.21+6

B

1009-7716（2017）04-0070-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.04.021

2017-02-17

危玉蓉（1985-），女，江西南昌人，工程师，从事桥梁设计工作。