混凝土连续箱梁桥结构设计要点分析

金鑫

摘 要： 近年来，预应力混凝土连续箱梁桥逐渐取代了其他桥型，成为了最富竞争力的主要桥型之一。对于大跨度预应力混凝土桥而言，由于各种因素的影响，理论计算并不能很好的反映结构的实际状态，从而影响工程质量。为了保障桥梁的施工质量和施工安全，必须重视桥梁结构设计。为此，本文以某预应力混凝土变截面连续箱梁桥为依托，对其结构设计要点进行了分析与探讨。

关键词： 预应力混凝土桥梁;结构设计;箱梁截面

引言

在社会经济高速发展的今天，我国桥梁工程建设取得了突飞猛进的发展，然而随着交通事业的发展和桥梁使用要求的提高，结构设计越来越复杂，桥梁结构设计任务十分繁重。预应力混凝土连续箱梁桥梁结构在施工性能和经济效益方面具有明显优势，不仅能够使结构的抗弯和抗剪承载力大幅提高，而且具有较好的抗震性和整体性，应用前景广阔。现如今，随着科技技术的不断进步，预应力混凝土连续箱梁桥梁结构设计较之以往越来越合理，且其工艺简便、易于推广，能够有效提升施工质量，促进施工进度，具有显著的经济效益。在桥梁设计中，设计者经常会面对如何选择各构件的断面尺寸等问题，如何将各构件断面尺寸等进行合适拟定，如何修正断面的初始尺寸使其既具有足够的承载能力，又能节省材料用量，这就需要设计人员的经验以及对已有的设计实例进行参考，在桥梁结构设计中，把结构的优化方法引入结构设计中，就能够给结构设计的最优性以明确的科学的根据，从而提高箱梁桥的设计质量，提升桥梁工程的整体水平。

一、工程概况

某桥梁主桥的结构为预应力砼变截面连续箱梁。所选用的布跨方式为边跨反对称，其中左幅桥的跨径（108+166+95）m，右幅桥（95+166+108）m，主桥的桥面宽度设计为33m。上部截面为2个独立的箱梁结构，其中心间距为17.5m。在该项工程中桥梁的跨径相对较大，为了保证整体的稳定性，将各项应力控制在条件允许的范围之内，在箱梁截面尺寸、顶板及底板厚度等各方面的拟定进行对比分析，通过数据计算使桥梁结构的设计得到优化。

二、混凝土连续箱梁桥结构设计要点分析

随着我国交通事业的快速发展，为跨越大江、大河及海湾，急需修建大量跨度较大的桥梁，为此，预应力混凝土连续箱梁桥得到了广泛地应用与推广。因桥梁结构形式、施工工艺及控制措施等存在极大的区别，往往选用的施工设计方案也有所不同，为更好地提升工程质量，必须重视结构设计，做好设计工作，具体如下：

1、箱梁截面尺寸

箱梁截面因其众多优势被广泛应用与城市桥梁和公路桥梁结构中，其不仅具有较好的桥下视觉效果、较大的跨越能力、较强的扭矩性能和便捷的架设方式，而且能够节省材料、明确受力点。箱梁截面尺寸的设计是影响连续箱梁结构施工质量的一个重要因素。在该项工程中边跨与中跨的箱梁高度都为3.8m，支点梁高处设计9.0m、9.5m以及10m高度，通过分析其对结构的影响，采用二次抛物线为梁底曲线。经试验可见，支点梁高所选择的数值越大，桥梁结构的最大压应力在不断的降低。但是结合桥梁结构设计相关的规范，在支点梁高为9m时，最大压应力的数值不符合要求，因此这种方案不适合应用在桥梁施工之中。从9.5m变化至10m之后，虽然最大压应力值变化不大，但是其中所需要的施工材料较多，这样不仅增加后期施工中的工程量，也不符合经济性的要求。因此综合本工程的实际情况，将支点梁高设计为9.5m。

2、腹板厚度拟定

结构中由于弯曲剪应力等相关因素所造成的主拉应力主要是由腹板承担的，因此剪切极限强度是影响腹板厚度的重要因素。腹板上还锚固了预应力钢束，会产生相应的锚下局部应力，因此腹板的厚度也应满足这一要求。在考虑工程的实际特点以及腹板所需要承担的抗剪极限强度，确保腹板的厚度能够满足预应力钢束锚固的要求。

3、顶板与底板厚度拟定

在连续箱梁结构中，顶板与底板承担了大部分的正负弯矩，这是影响板体设计厚度的重要因素，其中梁腹板设计的集中活载与横向弯矩力要求存在着紧密的联系。而在该项桥梁工程设计中，考虑到顶板部位的预应力钢束配置情况，将顶板的厚度设计为28cm，既能保证板体的承载能力，也满足了挂篮施工的时钢束线形的要求。由于在中区段部位的连续梁跨承担了大部分的正弯矩，所以要求在底板的位置布设预应力束筋。在应用悬臂施工的方法时，作用在梁下缘部位的压应力比较大，必须保证底板有足够的承压面积来承担此部分的压应力。同时底板还要承担相应的施工荷载，所以底板的厚度根据实际情况设计为28cm，通过对二次抛物线规律的分析，板体的厚度应向底部横截面逐渐递加，通过计算根部厚度为110cm。

4、T构悬臂梁段布置

为了保证悬臂结构梗托的空间被充分的利用，使得钢束的配置更加合理，在设置T构悬臂梁段式主要从以下两个方面考虑：首先，通过更改所选用钢束的型号能够有效的减少在同一横截面部位的钢束数，从而提高结构的稳定性。其次，梁段的长度是影响T构悬臂段布置的一个重要的因素，因此通过增加梁段长度的的措施，能够控制挂篮施工中对顶板部位的影响。考虑到本次施工中主桥的跨径相对较大，箱梁截面的空间比较有限。因此在T构悬臂梁段设计的过程中，应合理进行预应力钢束的布置。预应力钢束于腹板之间的距离不能太远，否则不利于发挥腹板传力的作用，但是也不能集中的分布在腹板的两侧，可能会导致在薄弱地带出现开裂的现象。此外，若在同一截面中布置的预应力钢束数量过多，会导致截面的强度有所下降，增加了在施工中存在的不安全因素，影响桥梁施工的质量。综合对上述因素的考虑，在本项工程中每个T构悬臂梁段的数量为19对，预应力钢束的数量为56，对称分布于箱梁顶板梗托的部位，采用15.2mm的钢绞线施工。经过计算，应用这种方案结构的最大应力值为19.2，符合设计规范的要求，保证了连续箱梁结构的施工质量，使结构设计得到优化。

三、结束语

综上所述，随着我国国民经济发展水平的不断提高，桥梁建设的规模也在不断的扩大，预应力砼连续箱梁结构凭借其自身独特的优势广泛的应用于建设施工的过程中。通过对结构设计优化方法的研究，促使桥梁结構不断的实现最优性，为具体的施工操作提供了相应的科学依据，以此来提高连续箱梁结构的稳定性。

参考文献

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