某預應力混凝土連續(xù)梁橋的設計

孫 洪 亮

(太原市市政工程設計研究院，山西 太原 030002)

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某預應力混凝土連續(xù)梁橋的設計

孫 洪 亮

(太原市市政工程設計研究院，山西 太原 030002)

以太原市凱旋路北沙河橋梁工程為例，根據橋梁設計的技術標準，從箱梁截面設計、預應力鋼束配置、鋼筋布設、箱梁結構驗算等方面，探討了等截面預應力混凝土連續(xù)箱梁的結構設計方法，使橋梁的結構設計滿足規(guī)劃要求。

連續(xù)箱梁，預應力，鋼束，抗裂驗算

1 工程概況

1.1 總體布置

太原市凱旋路北沙河橋橋梁全長為448 m，橋梁上跨東山煤礦鐵路、馬道坡街、北沙河河道等。上部結構采用等截面預應力混凝土連續(xù)梁，共四聯，跨徑組合為28 m+36 m+36 m+33 m兩聯、28 m+35 m+28 m兩聯。橋梁結構寬度為14.75 m(單幅)，橋墩采用帶橫梁雙立柱橋墩，橋臺采用鋼筋混凝土橋臺，墩臺基礎均為樁基。本文以28 m+35 m+28 m聯跨設計為例，對等截面預應力混凝土連續(xù)箱梁結構進行設計分析。橋梁總體布置尺寸詳見圖1，圖2。

1.2 技術標準

1)荷載標準。汽車荷載：城—A級；人群荷載：3.5 kN/m2。2)橋梁寬度。雙幅橋總寬30 m，單幅橋結構寬14.75 m，中間設0.5 m寬施工間距。每幅橋對稱布置為：0.5 m寬防撞護欄+12.75 m寬機非混行車道+1.5 m人行道及護欄。3)抗震設計?？拐鹪O防烈度為8度，地震動峰值加速度0.2g；抗震設防類別：乙類；抗震設計方法選用A 類；抗震設防措施按9度設防；抗震重要性系數：橋梁 E1 作用下取0.61，E2 作用下取2.0。

2 箱梁截面設計

本聯橋梁設計為三跨連續(xù)梁橋，邊跨跨徑為中跨的0.8倍，采用單箱三室等高度箱形截面，箱梁頂寬14.55 m，底寬8.55 m，兩邊懸臂長2.0 m。箱梁頂、底板均設2%的單向坡，保持梁高豎直方向2.0 m不變，中腹板均與大地保持鉛垂，邊腹板斜率為1.5∶1不變，梁底設承托調節(jié)縱橫向坡度。箱梁高跨比為1∶17.5，頂板厚25 cm，懸臂端頂板厚20 cm，底板厚22 cm，腹板厚跨中40 cm過渡到支點70 cm，過渡段長5 m。箱梁橫斷面尺寸詳見圖3，圖4。

3 預應力鋼束配置

由于本聯橋梁為多跨連續(xù)箱梁橋，進行預應力鋼束配置時，綜合考慮布跨方式、預應力損失及次內力的影響，做到鋼束配置的最優(yōu)化、最合理是比較復雜的。結構設計中，考慮到本橋跨度不大，橫向為雙支座支承的等截面箱梁，故僅設置了腹板束、底板束和頂板束3種不同的縱向預應力鋼束，為單向預應力體系。首先在梁體內布置一定數量的腹板通長鋼束，其次布置頂、底板鋼束，以抵消部分梁體正負彎矩的影響。腹板預應力束僅有豎彎，頂、底板預應力束除有豎彎外，在靠近錨固處適當平彎，以便于鋼束在箱梁內錨固，減小錨頭齒塊的尺寸。預應力鋼束均采用270K級高強度、低松弛鋼絞線，公稱直徑為15.24 mm，標準強度為1 860 MPa。腹板束每束采用13根鋼絞線，錨具采用YM15-13型錨具，兩端張拉；頂板束每束采用12根鋼絞線，錨具采用YM15-12型錨具，兩端張拉；底板每束采用9根鋼絞線，錨具采用YM15-9型錨具，中跨兩端張拉，邊跨單端張拉，P錨固定端位于梁端部；預應力鋼絞線錨下張拉控制應力均為1 302 MPa。箱梁預應力鋼束布置見圖5。

4 普通鋼筋布設

普通鋼筋的設置依據構造要求、結構計算及預應力度的大小等綜合考慮，本橋采用較小直徑鋼筋，間距盡量小，以加強預應力鋼束達不到的部位，為意外荷載提供附加的承載力，并承擔混凝土收縮、徐變、溫度變形等產生的應力，有效分散裂縫，增加極限承載力，減小反拱，提高結構的延性和抗震性能等。

5 箱梁結構抗裂驗算

上部箱梁結構計算采用橋梁博士V3.2版直線橋梁設計計算系統，按照平面桿系有限元分析方法，計算各施工工況及成橋運營工況，結構在各種不利荷載組合作用下的內力及截面應力。

箱梁采用C50混凝土，依據JTG D62—2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范規(guī)定的部分預應力混凝土A類構件設計，進行正截面和斜截面抗裂驗算。

在作用(或荷載)短期效應組合下：

σst-σpc≤0.7ftk。

σtp≤0.5ftk。

在作用(或荷載)長期效應組合下：

σlt-σpc≤0。

各效應組合下箱梁截面最大應力詳見表1(表中正值為壓應力，負值為拉應力)。

表1 箱梁截面最大應力表 MPa

由表1可知，作用短期效應組合下，混凝土正截面出現最大拉應力，上緣為-0.88 MPa，下緣為-1.04 MPa，均小于1.85 MPa (0.7ftk)；斜截面混凝土主拉應力為-1.06 MPa<1.33 MPa(0.5ftk)；滿足規(guī)范要求。

作用長期效應組合下，混凝土正截面上下緣正應力均為壓應力，未出現拉應力，滿足規(guī)范要求。

在基本組合作用條件下，正截面混凝土壓應力，上緣為11.9 MPa，下緣為9.2 MPa，均小于16.2 MPa(0.5fck)；斜截面混凝土主壓應力為11.9 MPa<19.4 MPa(0.6fck)；滿足規(guī)范要求。

6 結語

連續(xù)梁作為被廣泛應用于工程上的結構體系之一，具有結構剛度好、變形小、伸縮縫少、行車平順舒適、養(yǎng)護簡易、抗震能力強、設計及施工經驗成熟等優(yōu)點。預應力混凝土連續(xù)梁不僅大量應用于高架道路、城市橋梁、山谷高架棧橋，而且在跨越寬闊河流的大橋上也發(fā)揮了它的優(yōu)勢，與其他橋型相比具有很強的經濟性，成為最富有競爭力的主要橋型之一。

對于等截面預應力混凝土連續(xù)梁橋，可以根據橋跨布置情況，采取靈活的鋼束配置方式，優(yōu)先采用“長束為主、短束為輔”的設計方法。設計過程中要求對預應力鋼束進行反復大量的試調和微調，以達到設計期望的應力分布。

[1] JTG D62—2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S].

[2] CJJ 11—2011，城市橋梁設計規(guī)范[S].

[3] 范立礎.預應力混凝土連續(xù)梁橋[M].北京：人民交通出版社，1988.

[4] 王洪超.預應力混凝土連續(xù)梁橋設計探究[J].能源技術與管理，2006(1)：33-35.

[5] 郭 友.等截面預應力混凝土連續(xù)梁橋設計的探討[J].城市道橋與防洪，2012(8)：340-341.

[6] 陳如辰.預應力混凝土連續(xù)梁橋配筋設計[J].中國市政工程，2010(2)：20-21.

Design of a prestressed concrete continuous beam bridge

Sun Hongliang

(TaiyuanMunicipalEngineeringDesignandResearchInstitute,Taiyuan030002，China)

Taking Beisha River Bridge project on Kaixuan Road in Taiyuan as the example, the paper explores the structural design methods for the section prestressed concrete continuous box girder from the box girder section design, prestressed steel cable allocation, steel bar layout, box girder structure calculation, according to the technical standards of the bridge design, so as to meet the planning’s demands for the structural design of bridges.

continuous box girder, prestress, steel cable, crack resistance calculation

1009-6825(2016)13-0182-03

2016-02-26

孫洪亮(1980- )，男，工程師

U448.215

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