某大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)分析

胡海燕 吳 念

(中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司 武漢 430071)

1 工程概況

1.1 橋梁結(jié)構(gòu)

某特大橋主橋上部結(jié)構(gòu)采用70 m+120 m+70 m預(yù)應(yīng)力混凝土(C55)變截面連續(xù)剛構(gòu)箱梁，三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，縱向按全預(yù)應(yīng)力體系控制。箱梁斷面為單箱雙室截面，單幅頂寬17.25 m，底寬12.0 m，翼緣懸臂長2.625 m，橋面設(shè)單向2%的橫坡。

連續(xù)箱梁中跨墩頂支點處梁高7.5 m，跨中最小梁高為3.0 m，跨中梁高與跨徑之比為1/40，支點處梁高與跨徑之比為1/16，跨中梁高與支點處梁高之比為1/2.5。底板采用變厚度布置，由支點向跨中逐漸減少，支點處厚度為80 cm，跨中厚度為30 cm。梁底板下緣為1.7次拋物線；頂板厚度為30 cm，1-4號節(jié)段頂板厚50 cm；腹板厚度由支點向跨中由85～50 cm漸次變化。

箱梁0號節(jié)段長12 m,每個懸澆“T”縱向?qū)ΨQ劃分為15個節(jié)段，梁段數(shù)及梁段長從根部至跨中分別為7×3.0 m、8×4.0 m,節(jié)段懸澆總長53 m。懸澆節(jié)段最大控制重量2 546 kN,掛籃設(shè)計自重1 100 kN。邊、中跨合龍段長均為2 m，邊跨現(xiàn)澆段長6.84 m。箱梁根部設(shè)2道厚1.2 m的橫隔板，中跨跨中設(shè)1道厚0.6 m的橫隔板,墩頂箱梁橫斷面示意見圖1。

圖1 墩頂箱梁橫斷面圖(單位：cm)

在箱梁中配有縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力鋼筋采用Φs15.2鋼絞線和JL32精軋螺紋粗鋼筋。

主墩采用薄壁空心墩，縱橋向長為5.0 m，橫橋向?qū)?2.0 m，主墩承臺厚4.5 m。主墩基礎(chǔ)采用9根直徑2.0 m鉆孔灌注樁。

1.2 設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1) 計算行車速度：80 km/h。

2) 設(shè)計荷載：公路-I級。

3) 地震烈度：地震動峰值加速度小于0.05g。

2 橋跨布置

橋跨布置為20×40 m+70 m+120 m+70 m+4×38 m+30 m+50 m+33 m +5×33 m，主橋跨采用變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)箱梁；跨堤聯(lián)采用現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，見圖2。

圖2 某特大橋主橋橋型布置(單位：cm)

3 主橋結(jié)構(gòu)模型與參數(shù)取值

主橋縱向計算采用midas Civil程序進行。結(jié)構(gòu)單元采用梁單元模擬，見圖3。

圖3 主橋結(jié)構(gòu)分析模型

主橋箱梁劃分79個單元，橋墩35個單元。

計算參數(shù)取值如下。

1) 恒載。一期恒載：主梁混凝土容重26 kN/m3；二期恒載：瀝青鋪裝容重24 kN/m3，現(xiàn)澆層、防撞護欄混凝土容重25 kN/m3，人行道荷載15.84 kN/m。

2) 整體升降溫。系統(tǒng)升溫：30 ℃；系統(tǒng)降溫：-30 ℃。

3) 梁截面溫度。按JTG D60-2015 《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》第4.3.12條執(zhí)行[1]。

4) 徐變收縮。按JTG D62-2004 《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》執(zhí)行[2]。

5) 基礎(chǔ)變位。基礎(chǔ)不均勻沉降20 mm(主墩)，過渡墩未考慮不均勻沉降。

6) 可變荷載。活載：汽車荷載，橋梁等級為公路-Ⅰ級；對于汽車荷載縱向整體沖擊系數(shù)μ，按照《公路橋涵通用設(shè)計規(guī)范》第4.3.2條，沖擊系數(shù)μ可按下式計算

當(dāng)f<1.5 Hz時，μ=0.05；

當(dāng)1.5 Hz≤f≤14 Hz時，μ=0.176 lnf-0.015 7；

當(dāng)f>14 Hz時，μ=0.45。

7) 人群活載。人群活載按照《公路橋涵通用設(shè)計規(guī)范》第4.3.6條取值。

4 計算結(jié)果分析

計算結(jié)果分析包括：鋼束永存預(yù)應(yīng)力[3]分析、使用階段正截面抗裂分析、使用階段斜截面抗裂分析、使用階段正截面壓應(yīng)力分析、使用階段斜截面主壓應(yīng)力分析、使用階段正截面抗彎承載力分析、使用階段斜截面抗剪承載力分析、基礎(chǔ)不均勻沉降計算分析[4-5]。由于本橋單元數(shù)目較多，為了保證分析結(jié)果具有針對性和代表性，分析過程中，選取主梁主要控制截面結(jié)果進行對比分析。結(jié)果分析中，選取的梁單元截面包括：邊支點附近(4號單元)、邊跨跨中位置(11號單元)、根部0號塊附近截面(21、25號單元)、中跨1/4位置(34號單元)、中跨跨中位置(39號單元)。此外，基礎(chǔ)不均勻沉降對結(jié)構(gòu)的影響亦進行了簡要分析。

1) 鋼束永存預(yù)應(yīng)力計算分析。計算結(jié)果對比見表1。

表1 鋼束應(yīng)力計算結(jié)果 MPa

計算結(jié)果表明：考慮鋼束平彎，在短期效應(yīng)作用下，鋼束應(yīng)力值由于預(yù)應(yīng)力損失，實際有效鋼束應(yīng)力值較不考慮平彎小。

2) 使用階段正截面抗裂分析。計算結(jié)果對比見表2。

表2 正截面抗裂計算結(jié)果

計算結(jié)果表明：考慮鋼束平彎，正截面抗裂應(yīng)力值較不考慮平彎小。

3) 使用階段斜截面抗裂分析。計算結(jié)果對比見表3。

表3 斜截面抗裂計算結(jié)果

計算結(jié)果表明：鋼束平彎對斜截面抗裂基本無影響。

4) 使用階段正截面壓應(yīng)力分析。計算結(jié)果對比見表4。

表4 正截面壓應(yīng)力計算結(jié)果

計算結(jié)果表明：考慮鋼束平彎，正截面壓應(yīng)力值較不考慮平彎小。

5) 使用階段斜截面主壓應(yīng)力分析。計算結(jié)果對比見表5。

表5 斜截面主壓應(yīng)力計算結(jié)果

計算結(jié)果表明：考慮鋼束平彎，斜截面主壓應(yīng)力值較不考慮平彎小。

6) 使用階段正截面抗彎承載力分析。計算結(jié)果對比見表6。

表6 正截面抗彎計算結(jié)果

計算結(jié)果表明：考慮鋼束平彎，正截面抗彎承載力值較不考慮平彎小。特別是中跨1/4位置影響較大。

7) 使用階段斜截面抗剪承載力分析。計算結(jié)果對比見表7。

表7 斜截面抗剪計算結(jié)果

計算結(jié)果表明：鋼束平彎對斜截面抗剪基本無影響。

8) 基礎(chǔ)不均勻沉降計算分析。

①基礎(chǔ)不均勻沉降對梁單元產(chǎn)生的彎矩，見圖4。

圖4 基礎(chǔ)不均勻沉降對梁單元產(chǎn)生的彎矩

結(jié)果顯示，沉降對主梁產(chǎn)生的最大彎矩為41 916 kN·m。

②基礎(chǔ)不均勻沉降對梁單元產(chǎn)生的應(yīng)力，見圖5。

圖5 基礎(chǔ)不均勻沉降對梁單元產(chǎn)生的應(yīng)力

結(jié)果顯示，沉降對主梁產(chǎn)生的最大應(yīng)力為0.99 MPa。

③基礎(chǔ)不均勻沉降對主墩墩頂產(chǎn)生的位移，見圖6。

圖6 基礎(chǔ)不均勻沉降對主墩墩頂產(chǎn)生的位移

結(jié)果顯示，沉降對主墩墩頂產(chǎn)生的最大位移為0.58 mm。

由此可見，不均勻沉降對結(jié)構(gòu)內(nèi)力、應(yīng)力及墩頂位移有一定影響，但不是控制設(shè)計的主要因素。

5 結(jié)語

通過對2個計算模型的結(jié)果進行對比分析可知,鋼束平彎主要對鋼束永存有效應(yīng)力有一定影響;鋼束平彎對主梁正截面壓應(yīng)力、斜截面主壓應(yīng)力影響較大。不均勻沉降對結(jié)構(gòu)有一定影響，但不控制設(shè)計。

在今后的設(shè)計中，對鋼束的平彎應(yīng)引起高度的重視，特別是在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計向精細(xì)化發(fā)展的大趨勢下，本文的分析結(jié)論可為類似橋梁的設(shè)計提供一定的參考。