悬浇连续梁结构设计与计算

符 健 张小强 胡 佳

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北武汉 430010）

预应力混凝土连续梁是目前应用非常广泛的一种桥梁上部结构，具有刚度大、整体性好、造价优等特点。大跨度变截面连续梁桥配合挂篮悬臂浇筑的施工方法，使其在跨越河流或跨越现状道路、高速公路时，施工期间无须中断河流或中断交通，将对环境或交通的影响降到最低，综合优势明显。本文结合洗爵溪大桥实例，对采用挂篮悬臂浇筑施工的预应力混凝土变截面连续梁桥的设计计算情况进行阐述，供工程人员参考。

1 工程概况

洗爵溪大桥主桥采用（40+70+40）m三跨预应力混凝土变截面连续梁桥，三孔依次分别跨越洗爵溪一路、洗爵溪河道、洗爵溪二路，均满足通航及通行净空的要求。

道路等级：城市主干路。设计荷载：城市-A级。桥面布置：4.5 m（人非共板）+2 m（侧分带）+7.5 m（机动车道）+0.5 m（防撞护栏）=14.5m（单幅），两幅中间设1.0 m缝，双幅总宽30 m。

2 结构设计

结构尺寸拟定按工程经验确定，悬浇连续梁边跨与中跨的跨度比一般为0.5～0.65，中支点截面高跨比取1/18～1/15，跨中截面高跨比一般取1/50～1/30，跨中处直线段长度一般取2 m，支座处直线段长度一般与该处桥墩宽度相等，梁底曲线一般采用抛物线或圆曲线。本次设计采用单箱单室结构，箱体顶宽14.5 m，底宽7.5 m，悬臂长度为3.5 m，采用直腹板形式，顶板设2%的横坡，横桥向底板水平。

箱梁中支点梁高4 m，跨中梁高2 m，按二次抛物线变化；顶板厚度0.3 m，底板厚度由0.3～0.7 m按二次抛物线变化；悬臂端部厚度0.2 m，根部厚度0.75 m，按直线分两阶段变化；腹板厚度为0.6～0.8 m，按照直线变化，变化段长为4 m，位于5号块；中横梁厚度为3 m，端横梁厚度为2 m，中跨跨中设置厚度为0.4 m的横隔板。

箱梁浇筑分段：2 m（合龙段）+10 m（0号块）+5×4 m＋2×4.5 m（悬浇段），两端各4 m为边跨现浇段。

箱梁采用三向预应力体系。

（1）纵向预应力设置了腹板束、顶板束、边跨底板束、中跨底板束、边跨顶板合拢束、中跨顶板合龙束六种，纵向预应力分别采用19-Фs15.2以及15-Фs15.2，张拉控制应力为0.72fpk=1 339 MPa。

（2）桥面板横向预应力钢束采用BM15-3扁锚体系，纵桥向布置间距为0.5 m，采用单端张拉，张拉端和锚固端交错布设；端、中横梁横向预应力钢束采用15-Фs15.2圆锚体系，采用单端张拉，张拉控制应力为0.75fpk=1 395 MPa。

（3）竖向预应力采用JL32精轧螺纹钢筋，纵桥向布置间距为0.5 m，张拉控制应力为0.9fpk=837 MPa。

箱梁钩子如图1、图2、图3所示。

图1 箱梁立面构造（单位：cm）

图2 箱梁平面构造（单位：cm）

图3 跨中截面（单位：cm）

3 结构计算

3.1 纵向计算

采用MIDAS/CIVIL软件对主梁进行设计，以《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362—2018）为标准，按部分预应力混凝土A类构件进行验算。同时由软件计算得到汽车荷载（不计冲击）和人群荷载频遇组合产生的主梁最大挠度值为16.1 mm，考虑C50砼挠度长期增长系数为1.425，进行刚度验算，22.9 mm<70 000/600=116.7 mm，满足规范要求。

3.2 横向计算

（1）横梁。

横梁均按部分预应力砼A类构件进行验算，从纵向计算模型中提取横梁处对应支座的恒载反力为横梁承受的总恒载，考虑桥面板传递的恒载为总恒载的30%（均布荷载），腹板传递的恒载为总恒载的70%（集中荷载），即为横向计算中恒载布置情况。从纵向计算模型中提取单车道加载时横梁处对应支座反力的一半，作为MIDAS横向加载模块中的单个车轮荷载.

计算结果如表1所示。

表1 横梁荷载计算

（2）桥面板。

纵向荷载分布宽度计算根据设计规范计算，在MIDAS横向加载模块中通过设置横向布载车道线上各单元的比例系数来体现纵向荷载分布宽度。

比例系数为1/纵向分布宽度，其中纵向分布宽度为折算成一个标准轮重的分布宽度，桥面板按部分预应力混凝土A类构件进行验算。

计算模型如图3所示。

图4 桥面板横向框架计算模型

3.3 锚固区计算

（1）梁端锚固区。

按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362—2018）分别计算得到锚下劈裂力Tb、剥裂力Ts以及边缘拉力Tet，并分别验算各受拉部位的抗拉承载力。

梁端锚固区计算如表2所示。

表2 梁端锚固区计算

（2）齿块锚固区。

按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362—2018）分别计算得到锚下劈裂力Tb、端面拉力Ts、锚后牵拉力Ttb、边缘局部弯曲引起的拉力Tet以及径向力引起的拉力TR，并分别验算各受拉部位的抗拉承载力。

取齿块A为代表计算结果如表3所示。

表3 齿块锚固区计算

3.4 抗倾覆计算

抗倾覆按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362—2018）计算，分为两种特征状态验算：

（1）在作用的基本组合下，单向受压支座始终保持受压状态。

（2）在作用的标准值组合下，作用效应使横向抗倾覆稳定性系数不小于2.5。

计算结果如表4所示。

表4 抗倾覆计算

4 结语

（1）根据纵向、横向计算结果，主梁、横梁、桥面板持久状况的承载能力极限状态正截面抗弯、斜截面抗剪计算满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362—2018）规定；持久状况正常使用极限状态正截面抗裂、斜截面抗裂计算满足规定；持久状况正截面压应力、预应力钢筋拉应力计算满足规定；持久状况斜截面主压应力计算满足规定；持久状况挠度计算满足规定；短暂状况施工荷载作用下截面边缘砼的法向应力计算满足规定。

（2）根据锚固区计算结果，后张预应力混凝土梁端锚固区、齿块锚固区计算满足规定。

（3）通过抗倾覆稳定计算结果，可知主梁抗倾覆计算满足规定。