變截面連續(xù)梁橋面板計(jì)算分析

文 / 陳樂元

一、橋梁簡介

某特大橋主橋?yàn)?0m+130m+70m預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁，橋?qū)?4.5m。

箱梁采用單箱單室直腹板箱形斷面，支點(diǎn)處梁高8m，高跨比為1/16.25，跨中梁高3m，高跨比為1/43.3，箱梁高度按1.8次拋物線變化。箱梁頂寬為14.5m，底板寬度為7m，翼緣懸臂寬3.75m；箱梁頂板厚度除0號(hào)塊部分為0.5m外，其余梁段為0.28m；箱梁底板厚度由距墩中心3.5m處到合龍段處按1.8次拋物線變化，由1m變化至0.32m，0號(hào)塊底板厚為1.5m；箱梁腹板厚度在0號(hào)塊、1～9號(hào)梁段為0.9m，12～16號(hào)梁段為0.6m，10～11號(hào)梁段為腹板變化段。主梁采用C55混凝土，掛籃懸臂逐段施工。

二、預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)

箱梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系，橋面板按A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)。橫向預(yù)應(yīng)力筋是用以保證橋梁的橫向整體性、橋面板及橫隔板橫向抗彎能力的主要受力鋼筋。橋面板橫向預(yù)應(yīng)力鋼束采用按GB/T5224-2014技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的高強(qiáng)度低松弛鋼鉸線，規(guī)格為Φ15.2-3；抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為fpk＝1860MPa，彈性模量Ep＝1.95×105MPa。

三、橋面板結(jié)構(gòu)離散

從上部結(jié)構(gòu)箱梁中，提取1m跨中橋面板模型，進(jìn)行橋面板結(jié)構(gòu)驗(yàn)算。離散模型如圖1所示。

橋面板按A類預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)計(jì)算，橫向設(shè)置兩個(gè)支座，支承節(jié)點(diǎn)為腹板中心線。

四、橋面板計(jì)算結(jié)果

（一）持久狀況承載能力極限狀態(tài)計(jì)算

計(jì)算結(jié)果顯示，持久狀況承載力能力極限狀態(tài)下，橋面板正截面抗彎承載力（圖2）和斜截面抗剪承載力（圖3），均滿足規(guī)范要求。

（二）持久狀況正常使用極限狀態(tài)計(jì)算

a）橋面板正截面抗裂驗(yàn)算

按A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件計(jì)算，分段澆筑混凝土結(jié)構(gòu)短期效應(yīng)組合下應(yīng)力應(yīng)滿足：

σst－σpc≤0.7ftk

運(yùn)營階段橋面板各單元上、下緣在短期效應(yīng)組合下最小正應(yīng)力（圖4），滿足規(guī)范要求。

b）橋面板斜截面抗裂驗(yàn)算

按A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件計(jì)算，分段澆筑混凝土結(jié)構(gòu)短期效應(yīng)組合下應(yīng)力應(yīng)滿足：

σtp≤0.5ftk

運(yùn)營階段橋面板各單元上、下緣在短期效應(yīng)組合下最大主拉應(yīng)力（圖5），滿足規(guī)范要求。

（三）持久狀況和短暫狀況應(yīng)力計(jì)算

a）持久狀況混凝土最大壓應(yīng)力計(jì)算

規(guī)范限值：σkc＋σpt≤0.5fck =17.75 MPa

使用階段箱梁截面最大壓應(yīng)力為6.49MPa，不超過規(guī)范限值，滿足規(guī)范要求。

b）持久狀況混凝土最大主壓應(yīng)力計(jì)算

規(guī)范限值： σcp≤0.6fck =21.36.49MPa

使用階段箱梁截面最大主壓應(yīng)力為6.49MPa，不超過規(guī)范限值，滿足規(guī)范要求。

c）鋼束應(yīng)力計(jì)算

規(guī)范限值： σpe＋σp≤0.65fpk =1209 MPa

使用階段預(yù)應(yīng)力鋼束應(yīng)力計(jì)算顯示，最大拉應(yīng)力為1128.1MPa，不超過規(guī)范限值，基本滿足規(guī)范要求。

d）短暫狀況混凝土應(yīng)力計(jì)算

短暫狀況應(yīng)力計(jì)算主要對(duì)構(gòu)件在預(yù)應(yīng)力和自重等施工荷載作用下截面邊緣混凝土的法向應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算。

截面邊緣混凝土的法向壓應(yīng)力應(yīng)符合下式規(guī)定：σtcc≤0.70f'ck =19.88 MPa

施工階段邊緣混凝土的最大法向壓應(yīng)力為6.93 MPa，不超過規(guī)范限值，滿足規(guī)范要求。

五、主要計(jì)算結(jié)論

橋面板按A類預(yù)應(yīng)力構(gòu)件驗(yàn)算，主要計(jì)算結(jié)論如下：

1）持久狀況承載能力極限狀態(tài)計(jì)算：正截面抗彎承載力和斜截面抗剪承載力滿足規(guī)范要求。

2）持久狀況正常使用極限狀態(tài)計(jì)算：正截面抗裂和斜截面抗裂驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。

3）持久狀況和短暫狀況應(yīng)力計(jì)算：持久狀況混凝土最大壓應(yīng)力、混凝土最大主壓應(yīng)力、鋼束拉應(yīng)力及短暫狀況混凝土應(yīng)力，均滿足規(guī)范要求。

六、結(jié)語

橋面板是直接承受車輛輪壓的承重結(jié)構(gòu)。本文對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁橋面板進(jìn)行計(jì)算分析，證明了其安全性和合理性，對(duì)類似橋梁具有參考價(jià)值。