預(yù)應(yīng)力混凝土曲線連續(xù)箱梁設(shè)計(jì)研究

徐金帥 黃 莉

(1.中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司鄭州設(shè)計(jì)院，河南鄭州 450001;2.吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林吉林 132000)

1 結(jié)構(gòu)體系

本橋采用(40+64+40)m預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁跨越既有溝壑，位于平面曲線半徑為R=800 m的線位處。箱梁橫截面采用單箱單室直腹板形式。邊支座中心線至梁端0.7 m，梁全長145.4 m。中跨支點(diǎn)梁高5.0 m，跨中及邊跨支點(diǎn)梁高3.0 m。梁高沿縱向按二次拋物線變化。中跨2.0 m長合龍段、邊跨2.0 m長合龍段及7.7 m長現(xiàn)澆段。箱梁頂寬7.2 m，箱寬3.8 m，為滿足連續(xù)梁支座安裝的需要，中跨支點(diǎn)箱梁底寬加寬至4.8 m，邊跨支點(diǎn)不加寬。箱梁頂板厚度為32 cm，底板厚度由支點(diǎn)處80 cm至1/4跨漸變?yōu)?0 cm;腹板厚度80 cm～60 cm～40 cm，箱內(nèi)頂板處設(shè)70 cm×28 cm梗脅，底板處設(shè)30 cm×30 cm梗脅。全梁支座處及中跨跨中共設(shè)置5個(gè)橫隔板，在中支點(diǎn)處橫隔板厚160 cm，邊支座處橫隔板厚120 cm，跨中處橫隔板厚50 cm。橫隔板及梁端部設(shè)置進(jìn)人孔洞，箱內(nèi)設(shè)泄水孔，腹板設(shè)通風(fēng)孔。中支點(diǎn)及邊支點(diǎn)斷面圖見圖 1，圖 2。

圖1 中支點(diǎn)斷面圖（單位：cm）

曲線梁按曲線曲做設(shè)計(jì)。梁體沿橫截面中心線對稱布置，相應(yīng)的梁體縱向輪廓尺寸均為沿梁體中心線的展開尺寸，梁體輪廓、普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼束及管道等均應(yīng)以梁體中心線為對稱線沿徑向根據(jù)曲率進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，支座、橋墩亦按徑向布置。

圖2 邊支點(diǎn)斷面圖（單位：cm）

2 計(jì)算模型

采用MIDAS程序建立空間有限元模型進(jìn)行施工階段及運(yùn)營階段分析，計(jì)算時(shí)計(jì)列重力、預(yù)應(yīng)力、收縮徐變、體系溫度、支座不均勻沉降、中活載等荷載對結(jié)構(gòu)的作用，分析結(jié)構(gòu)內(nèi)力、應(yīng)力、強(qiáng)度及變形等。

全橋共分為166個(gè)單元，175個(gè)節(jié)點(diǎn)。計(jì)算模型及支承情況如圖3，圖4及表1所示。

圖3 曲線梁（R=800）模型圖

圖4 曲線梁（R=800）支座布置圖（單位：mm）

表1 曲線梁(R=800)支座參數(shù)

3 荷載組合

荷載組合分別以主力組合、主力+附加力進(jìn)行組合，取最不利組合進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對特殊荷載進(jìn)行檢算:

1)主力組合:恒載(一期、二期、預(yù)應(yīng)力、收縮及徐變)、活載(考慮列車豎向動力作用)、支座沉降、長鋼軌縱向水平力等按照規(guī)范要求組合;2)主力+附加力組合:主力、附加力(溫度力、制動力、風(fēng)荷載、離心力、橫向搖擺力等)按照規(guī)范要求組合。

曲線梁模型加載參數(shù)選取及加載布置詳見表2。

表2 曲線梁計(jì)算參數(shù)選取及模型加載布置表

4 施工階段分析檢算

在預(yù)加應(yīng)力的過程中，預(yù)應(yīng)力鋼筋在錨下的控制應(yīng)力應(yīng)符合下列條件:鋼絲、鋼絞線的錨下控制應(yīng)力值 σcon=σp1+σL≤0.75fpk。在傳力錨固或存梁階段，計(jì)入構(gòu)件自重作用后，混凝土的正應(yīng)力應(yīng)符合下列條件:1)壓應(yīng)力σc≤0.75fc';2)拉應(yīng)力σct≤0.75fct'。本梁施工時(shí)混凝土強(qiáng)度已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的90%，故壓應(yīng)力允許值0.70fck'=0.75 ×0.9 ×33.5=22.61 MPa，拉應(yīng)力允許值0.70ftk'=0.70 ×0.9 ×3.10=1.95 MPa。根據(jù)對結(jié)構(gòu)在各施工階段的檢算結(jié)果，確定施工階段的安全性。

5 運(yùn)營階段分析檢算

梁部結(jié)構(gòu)運(yùn)營階段檢算主要包括:正截面抗彎檢算、運(yùn)營階段正截面抗裂檢算、運(yùn)營階段斜截面抗裂檢算、運(yùn)營階段混凝土壓應(yīng)力檢算、運(yùn)營階段預(yù)應(yīng)力鋼筋拉應(yīng)力檢算、運(yùn)營階段混凝土剪應(yīng)力檢算。

荷載組合分別以主力、主力+附加力進(jìn)行組合，并考慮特殊荷載作用，取最不利組合進(jìn)行設(shè)計(jì)。

6 梁體模態(tài)分析

梁體的橫向剛度應(yīng)按梁體的橫向自振頻率和梁體的水平撓度進(jìn)行控制。預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋跨結(jié)構(gòu)的橫向自振頻率f不得小于55/L0.8。故本梁橋跨結(jié)構(gòu)橫向自振基頻不得小于1.974。

7 箱梁橫向分析

對箱梁進(jìn)行橫向內(nèi)力及應(yīng)力檢算，計(jì)列要素如下:

1)計(jì)列箱梁自重恒載、橋面道碴、線路設(shè)備，以及豎向預(yù)應(yīng)力作用等產(chǎn)生的內(nèi)力;2)計(jì)列特種活載，并考慮活載沖擊系數(shù)產(chǎn)生的內(nèi)力;3)計(jì)列溫度變化及混凝土收縮產(chǎn)生的內(nèi)力;4)計(jì)列日照溫差或寒流降溫影響產(chǎn)生的內(nèi)力;荷載組合分別以主力組合、主力+附加力進(jìn)行組合，取最不利組合進(jìn)行設(shè)計(jì):箱梁橫截面內(nèi)力分析時(shí)，在跨中處順橋向取1 m長的箱形截面，按腹板底部支承的框架進(jìn)行計(jì)算。

8 T構(gòu)懸臂施工安全性分析

掛籃懸臂灌注施工前，墩頂處加設(shè)臨時(shí)支座，以C50混凝土及鋼筋將箱梁0號梁段與墩身連接，形成臨時(shí)錨固支座。檢算不平衡荷載工況組合如下:

組合一:單側(cè)梁段自重增大5%+單側(cè)梁段施工時(shí)多澆筑2 m混凝土+單側(cè)梁底風(fēng)力+單側(cè)梁端梁段施工機(jī)具、人群不平衡荷載多150 kg/m。

組合二:單側(cè)掛籃作用，并考慮動力系數(shù)1.2。

以上述不平衡荷載及組合，檢算梁體結(jié)構(gòu)在施工中的安全性。

以懸臂施工中懸臂長度最大的T構(gòu)為檢算對象，對其進(jìn)行懸臂施工安全度檢算。計(jì)算模型共分為140個(gè)單元，共144個(gè)節(jié)點(diǎn)，梁體與墩臨時(shí)固結(jié)，具體計(jì)算模型見圖5。

圖5 懸臂施工檢算模型圖

9 結(jié)語

設(shè)計(jì)過程中要嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范要求，綜合分析結(jié)構(gòu)控制指標(biāo)，各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)應(yīng)嚴(yán)格控制在規(guī)范允許范圍之內(nèi)，保證結(jié)構(gòu)性能安全。具體開展工作中，應(yīng)總體把握、細(xì)化分析，研究結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)，全面評定結(jié)構(gòu)性能，確保結(jié)構(gòu)整體及局部性能滿足各階段安全和應(yīng)用要求。

［1］TB 10002.1-2005，鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范［S］.

［2］TB 10002.3-2005，鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］TB 10015-2012，鐵路無縫線路設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.