现浇箱梁预应力混凝土中横梁设计与计算

张 杰，刘 宇

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州 贵阳 550081)

1 概 况

由于现浇箱梁整体性好、刚度大、抗扭性能高、外型美观等优点，在城市高架桥中得到广泛的应用。而城市高架桥通常跨越条件比较复杂，当桥下净宽、净高受限时，现浇箱梁的支点处桥墩需靠横梁外侧布置，中横梁需采用预应力混凝土结构。中横梁的计算与预应力钢束的布置密切相关，而预应力钢束的布置受横梁结构尺寸影响。本文将对贵阳市双龙航空港经济区二堡路猫洞河桥的支点中横梁在支座布置受限时(仅能布置两支座，且支座位置靠横梁边缘)，对中横梁预应力配束方式及中横梁尺寸参数进行计算分析，给出支点中横梁合理的结构尺寸参数及预应力配束方式。

2 桥梁基本参数

2.1 中横梁尺寸及支座布置

本工程主梁跨径为(30+35+30)m一联，为单箱四室现浇箱梁，梁高2.0 m，箱梁顶宽23.7 m，底宽19.0 m，悬臂板宽2.35 m。中横梁仅能布置2个支座，支座中心线距离箱梁底板外侧边缘距离为0.75 m，中横梁计算跨径为17.5 m，需采用预应力混凝土横梁。

中横梁恒载为主梁自重，活载为城-A，温度荷载考虑整体升温、降温25 ℃，按《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)考虑梯度温度。

2.2 横梁受力简化方法

为保证中横梁有足够安全储备，横梁截面只取矩形实体部分计算。主梁恒载按80%腹板集中力和20%的顶板均布荷载的形式进行分配，20%的均布荷载加载范围取中横梁实腹段(悬臂段未分配)。对人群荷载，采用与恒载相同方法加载，活载按汽车荷载支反力换算为一个车辆轴重进行横向移动荷载添加。

3 预应力中横梁不同参数取值计算

针对本工程支点中横梁，使用桥博4.1对以下对四种情况分别建模计算。

3.1 最大钢束布置

中横梁取高2.0 m、宽2.5 m，钢束束数采用最大可布设情况，钢束最多可采用15束φS15～21。经计算，横梁跨中截面缘压应力18.88 MPa，未能满足规范要求；支座处截面上缘短期组合下正截面拉应力为3.91 MPa，斜截面主拉应力为3.91 MPa，均未能满足规范要求。

3.2 加高横梁(2.5 m高、2.5 m宽)

中横梁高2.5 m、宽2.5 m，钢束F1、F2采用型号φS15～13，F3采用型号φS15～15。经计算，横梁跨中截面的受力满足规范要求，且在短期荷载效应组合作用下下缘具有一定的压应力储备，为0.54 MPa。但支座截面上缘因钢束线形受锚固位置及纵向钢束限制，在长期荷载组合下正截面存在0.45 MPa拉应力，不满足规范要求。

3.3 加宽横梁(2.0 m高、3.5 m宽)

中横梁高2.0 m、宽3.5 m，适当增加钢束。钢束统一采用φS15～17计算。经计算，横梁跨中截面的受力已满足规范要求，且在短期荷载组合下下缘具有一定的压应力储备，为0.78 MPa。但支座截面上缘因钢束线形受锚固位置及纵向钢束的限制，在短期组合下正截面拉应力为4.02 MPa，长期荷载组合下正截面有3.12 MPa拉应力，不满足规范要求。

3.4 横梁加高、加长-外移支座

将横梁长度加长至与顶板同宽，即长度取23.7 m。钢束统一采用型号φS15-17，支座中心线距横梁端2.35 m。经计算，中横梁适当加高、加长并将支座外移至合适位置后的各项验算均满足规范要求。

4 结 语

综合上述计算分析比较，可以得出以下几点主要结论。

(1)对本工程中横梁，当支座布置条件不允许，需增大其截面尺寸以便布置预应力束，保证横梁受力满足规范要求。

(2)对控制横梁跨中截面短期效应组合下缘应力而言，增加横梁高度较增加横梁纵桥向宽度更有效，加高横梁更能节省混凝土及预应力筋用量。

(3)为保证支座截面上缘抗裂验算满足规范要求，可增加中横梁横桥向的长度并将支座向横梁端部移动适当距离，以便调整预应力钢束线形，使横梁受力满足规范要求。