連續(xù)剛構(gòu)橋梁梁高拋物線指數(shù)敏感性分析

金奇名

（中交鐵道設(shè)計研究總院有限公司，北京市 100011）

連續(xù)剛構(gòu)橋梁梁高拋物線指數(shù)敏感性分析

金奇名

（中交鐵道設(shè)計研究總院有限公司，北京市 100011）

隨著橋梁工程技術(shù)的快速發(fā)展，橋梁工程精細(xì)設(shè)計顯得越來越重要。結(jié)合主跨150m連續(xù)剛構(gòu)橋，通過適當(dāng)提高主梁跨中截面高度、增強主梁根部以及1/4L區(qū)域的抗剪截面的方法，改善了大跨連續(xù)剛構(gòu)橋的主拉應(yīng)力、底板應(yīng)力及長期撓度，并根據(jù)主梁縱向、橫向受力影響及經(jīng)濟比較后，提出主跨150m連續(xù)剛構(gòu)橋的梁高及底板厚度變化拋物線指數(shù)（2次、1.6次）的選取建議，為其他相近主跨橋梁工程提供了有益的參考。

連續(xù)剛構(gòu)；拋物線；主拉應(yīng)力；撓度

0 引言

不失一般性，預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁或連續(xù)剛構(gòu)橋的橋梁跨度超過60m時，一般采用變截面梁。梁底曲線以往多采用2次拋物線，為改善L/4～L/8范圍的底板混凝土應(yīng)力，部分橋梁采用1.5～1.8次拋物線，取得了不錯的效果。

某公路主跨150m連續(xù)剛構(gòu)橋施工圖階段梁高變化采用1.6次拋物線，其目的是通過采用低次拋物線變化有利于減小主拉應(yīng)力及改善底板混凝土應(yīng)力，與傳統(tǒng)的2次拋物線有所不同。

但有的專家與文獻則認(rèn)為，從增大底板下緣曲率半徑以減小預(yù)應(yīng)力束徑向力考慮，采用二次拋物線較為合適。

下面針對主橋梁高采用1.6、2次這兩種拋物線指數(shù)，就縱向、橫向受力分析及經(jīng)濟性影響進行詳細(xì)比較。

1 工程概況

某公路主跨150m連續(xù)剛構(gòu)橋，左線孔跨布置為3×30m連續(xù)PC箱梁（引橋）+（80+150+80）m連續(xù)剛構(gòu)（主橋）+2×30m連續(xù)PC箱梁（引橋），橋面全寬12.5m，全長460m。右線孔跨布置為3×30m連續(xù)PC箱梁（引橋）+（80+150+80）m連續(xù)剛構(gòu)（主橋）+3×30m連續(xù)PC箱梁（引橋）+ 3×30m連續(xù)PC箱梁（引橋），橋面全寬12.5m，全長580m。

上、下部構(gòu)造：

0號梁段高度為930cm，合龍梁段和邊跨現(xiàn)澆梁段高度均為350cm，其余1號～17號梁段梁高從930cm變化至350cm，其下緣按1.6次拋物線漸變。箱梁底板厚度亦按1.6次拋物線變化。

主墩為單肢式矩形截面空心墩。墩身高度為53～54m。橋墩順橋向厚度600cm，橫橋向?qū)挾?50cm。橋墩基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁。基礎(chǔ)設(shè)置9根直徑200cm的樁基。

2 計算模型建立

2.1 計算模型

采用梁單元模擬主梁，對各施工階段進行整體受力計算,主橋上部結(jié)構(gòu)共劃分為89個節(jié)點，88個單元；橋墩、承臺及樁基劃分為68個節(jié)點，48個單元，見圖1。

圖1 計算模型簡圖

2.2 拋物線指數(shù)敏感性分析

2.2.1縱向受力對比分析結(jié)果

（1）拋物線指數(shù)分別1.6次、2.0次時，關(guān)鍵截面主梁上緣正應(yīng)力基本一致，中跨（1/8L～1/4L）區(qū)域底板下緣正應(yīng)力小1.5MPa左右；主拉應(yīng)力基本一致；

（2）采用1.6次對施工累計位移、跨中活載撓度略有利；

（3）采用1.6次對施工過程橋面混凝土超方，以及運營階段活載超載，長期效應(yīng)下縱向預(yù)應(yīng)力損失影響等均略有利；

（4）從結(jié)構(gòu)上來說，在1/4斷面處，1.6次比2次梁高大45cm。自重增加3.5%，四分之一處斷面抗剪承載力增加5.8%。

縱向結(jié)果對比分析見表1～表4。

表1 縱向結(jié)果對比分析表-標(biāo)準(zhǔn)工況

2.2.2橫向受力對比分析結(jié)果

（1）不同拋物線指數(shù)下，1.6與2.0次拋物線引起的底板名義橫向應(yīng)力與拋物線指數(shù)成反比，跨中區(qū)域底板高度過渡越平坦，由此產(chǎn)生的徑向力越小，在均在1.0～1.5MPa。2.0次拋物線對底板橫向受力略有利，差值在0.5MPa以下；

（2）與管道定位偏差引起的局部徑向力相比，梁底固有曲線產(chǎn)生的徑向力占總徑向力[4]比重較小，通過合理設(shè)置防崩鋼筋可以有效解決底板徑向力稍大問題,因此可不作為底板線形取值以及防崩鋼筋設(shè)置的主要依據(jù)。

橫向結(jié)果對比分析見表5。

跨中底板鋼束型號為15-19計算結(jié)果：

每根按照19根15.2鋼束考慮，單根張拉力為

3711kN，兩種形式底板鋼束在合攏段處的圓弧切線半徑見圖2～圖5，分別為301m和435m，節(jié)點力=T/R·1[1]。

表2 縱向結(jié)果對比分析表-橋面超載40%工況

表3 縱向結(jié)果對比分析表-縱向預(yù)應(yīng)力損失10%工況

表4 縱向結(jié)果對比分析表-縱向預(yù)應(yīng)力損失20%工況

表5 橫向結(jié)果對比分析表-徑向力

圖2 曲率半徑R=301m計算模型簡圖

圖3 曲率半徑R=435m計算模型簡圖

圖4 曲率半徑R=301m應(yīng)力圖

圖5 曲率半徑R=435m應(yīng)力圖

橫向底板跨中應(yīng)力與半徑成反比，分別為1.4MPa和1.0MPa。

2.2.3經(jīng)濟對比分析結(jié)果

與2次拋物線梁高變化相比，1.6次拋物線由于梁高變化較緩，單幅主橋混凝土方量多188m3，對應(yīng)工程造價約23萬。

3 結(jié) 語

（1）通過詳細(xì)結(jié)果對比分析，施工累計位移、恒載長期收縮徐變跨中撓度1.6次略小于2次拋物線，最大差值14mm；主拉應(yīng)力3/8L1.6次較2次拋物線略小0.1MPa；正應(yīng)力2/8L處下緣1.6次較2次拋物線小1.45MPa；抗剪、抗彎承載力1.6次較2次拋物線均有提高，對縱向受力和長期預(yù)應(yīng)力損失影響是有利的；

（2）梁底固有曲線產(chǎn)生的徑向力占總徑向力比重較小，預(yù)應(yīng)力波紋管孔道定位偏差是引起底板橫向應(yīng)力的主要因素，通過合理設(shè)置防崩鋼筋可以有效解決底板徑向力稍大問題；

（3）1.6次較2次拋物線單幅主橋混凝土方量多188m3，主橋造價多23萬。

綜合以上分析，梁高及底板厚度變化推薦采用1.6次拋物線。

[1]鮑衛(wèi)剛,周泳濤.預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋梁設(shè)計施工技術(shù)指南[M].北京：人民交通出版社,2009.

[2]張喜剛,等.大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋設(shè)計施工技術(shù)指南[M].北京：人民交通出版社,2012.

[3]中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司.公路預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁設(shè)計指南[Z].2006.

[4]彭元誠.連續(xù)剛構(gòu)箱梁底板崩裂原因分析與對策[J].橋梁建設(shè), 2008(3)：67-70.

[5]徐郁峰,梁立農(nóng),宋神友.某連續(xù)剛構(gòu)橋底板崩裂后的修補方法及其有限元仿真分析[J].橋梁建設(shè),2007(4)：70-74.

U448.23

：B

：1009-7716（2017）02-0059-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.02.018

2016-11-08

金奇名（1986-），男，遼寧營口人，助理工程師，從事橋梁設(shè)計工作。