預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁設(shè)計(jì)研究

以實(shí)際工程為基礎(chǔ)，結(jié)合目前橋梁的主要結(jié)構(gòu)形式與技術(shù)要求，確定了橋梁結(jié)構(gòu)形式為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋。然后參照規(guī)范，初步估算出橋梁的細(xì)部構(gòu)造尺寸，進(jìn)而計(jì)算出主梁截面幾何特性。最終對(duì)連續(xù)梁的承載力進(jìn)行驗(yàn)算，從而驗(yàn)證了了橋梁設(shè)計(jì)的合理性，并提出依然存在的問題。

工程概況

目前我國大多數(shù)橋的結(jié)構(gòu)多為多跨簡支梁和連續(xù)梁結(jié)構(gòu)形式。連續(xù)梁是超靜定結(jié)構(gòu)。在恒載作用下，連續(xù)梁的支點(diǎn)產(chǎn)生負(fù)彎矩而跨中產(chǎn)生正彎矩，類似于減小了跨中彎矩的大小，使彎矩的大小分配均勻，因而可以減小梁高，增大橋下凈空高度和節(jié)省材料。連續(xù)梁不僅剛度大，整體性好，超載能力強(qiáng)，而且安全度高，橋面伸縮縫較少，再加上跨中截面的彎矩減小，使得橋的跨度可以增大。簡支梁受力明確，特殊力的影響小，設(shè)計(jì)施工易標(biāo)準(zhǔn)化、簡單化。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋具有諸多優(yōu)點(diǎn)，比如接縫少、剛度好、行車平順舒適等，常被使用的跨度范圍是30－120m。因此該設(shè)計(jì)最終選用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋。

大橋東西向橫跨黃河。左幅橋梁起訖樁號(hào)為ZK209+200.390～ZK210+842.000，全長1641.61米，上部結(jié)構(gòu)為4×（3×50米裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁）+（80+4×150+80米預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)）+ ×（5×30米裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁）+（4×30米裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁）。橋墩采用鋼筋混凝土實(shí)心墩、空心墩，灌注樁基礎(chǔ)；0號(hào)橋臺(tái)采用柱式臺(tái)，灌注樁基礎(chǔ)，左幅27號(hào)橋臺(tái)肋板臺(tái)，灌注樁基礎(chǔ)，右幅24號(hào)橋臺(tái)采用U臺(tái)，擴(kuò)大基礎(chǔ)。

本橋采用3×50m，橋梁總長150m三跨預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋。梁體采用四片變截面預(yù)應(yīng)力混凝土箱型梁，箱梁為單箱單室箱型斜腹板截面，混凝土采用C55，預(yù)制主梁高2.5m，頂板寬2.1m，底板寬1m，邊主梁頂板寬2.55m，底板寬1m，支點(diǎn)處截面腹、底板進(jìn)行了加厚。施工方法采用預(yù)制拼裝，跨與跨之間采用簡支轉(zhuǎn)連續(xù)，預(yù)制主梁間采用0.9m 的現(xiàn)澆濕接縫。大橋布置圖見圖1所示。

圖1 該大橋立面布置圖

工程材料及主要材料參數(shù)

（1）混凝土

主梁采用C55混凝土，翼板濕接縫、墩頂濕接頭為C50微膨脹混凝土。橋面鋪裝上層為瀝青混凝土。

（2） 鋼材

①預(yù)應(yīng)力鋼材

主橋縱向預(yù)應(yīng)力材料采用符合GB/T 5224－2003的高強(qiáng)低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線。預(yù)應(yīng)力鋼束公稱直

徑為15.2mm，面積為139mm2，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1860MPa，預(yù)應(yīng)力鋼筋的彈性模量為1.95MPa，錨下張拉控制應(yīng)力為1395MPa。

②普通鋼筋采用R235和HRB335鋼筋，鋼筋直徑≥10mm，采用HRB335熱軋帶肋鋼；鋼筋直徑＜10mm者，采用R235（A3）鋼。

結(jié)構(gòu)細(xì)部尺寸

箱形梁截面尺寸：梁高為2.5m，為便于模板制作和外形美觀，主梁沿縱向外輪廓尺寸保持不變，端部設(shè)置橫隔梁，高2.2m，寬0.5m，橫向共計(jì)4片箱形梁，采用濕接縫進(jìn)行連接，濕接縫寬0.9m，厚度為0.2m，預(yù)制箱形梁跨中頂板寬2.1m，腹板厚0.25m，底板厚0.25m；端部頂板寬2.1m，腹板厚0.35m，頂板厚0.2m，底板厚0.35m，腹板和頂板間設(shè)有承托。底板厚度，腹板厚度在距支座中心線3.0m處，開始漸變?yōu)榫嘀ё行木€0.1m處的0.35m，如圖2所示。

主梁截面幾何特性計(jì)算

先算出各驗(yàn)算面的毛截面特性和鋼束位置，以此為基礎(chǔ)計(jì)算出主梁凈截面和換算截面面積、慣性矩，然后算出梁截面分別對(duì)重心軸，上梗肋與下梗肋的靜矩，最后匯總成截面特性值總表，為各受力階段的應(yīng)力驗(yàn)算準(zhǔn)備計(jì)算數(shù)據(jù)。截面幾何特性匯總見表1。

表1 截面幾何特性匯總見表

圖2 主梁橫斷面尺寸圖及縱剖面示意圖（單位：cm）

截面承載能力極限狀態(tài)計(jì)算

正截面承載力計(jì)算

依據(jù)《公路預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》確定箱型截面翼緣板的有效寬度，對(duì)于連續(xù)梁：

由《公路預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》查得理論跨徑

根據(jù)上述bi/li的比值，查得ρf=1.0，所以，

受壓區(qū)高度x 計(jì)算：

其中

所以

即中性軸在上翼緣中通過，為一類T形截面。

受壓區(qū)高度x 應(yīng)符合下列要求

滿足《公路預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》防止出現(xiàn)超筋梁及脆性破壞的要求。

正截面承載力驗(yàn)算：對(duì)于跨中截面，帶入將x=162.698mm下式計(jì)算截面承載力：

所以跨中截面正截面承載力滿足要求。

對(duì)于L/4截面，按照跨中截面的計(jì)算方式，可得：

所以L/4截面正截面承載力滿足要求。

同理支點(diǎn)處截面，可得：

由上可知，支點(diǎn)處截面正截面承載力滿足要求。

驗(yàn)算最小配筋率：最小配筋率應(yīng)滿足以下條件：

式中：S0為全截面換算重心軸以上（或以下）部分截面對(duì)重心軸的面積矩，對(duì)于跨中及L/4截面，對(duì)于支點(diǎn)處截面；Np為使用階段張拉鋼束產(chǎn)生的預(yù)加力；An為混凝土凈截面面積和截面抵抗矩；W0為彈性抵抗矩；為扣除全部預(yù)應(yīng)力損失后預(yù)應(yīng)力筋的混凝土預(yù)壓應(yīng)力。

對(duì)于跨中截面：構(gòu)件抗裂邊緣產(chǎn)生的混凝土預(yù)壓應(yīng)力

換算截面抗裂邊緣的彈性抵抗矩

所以跨中截面配筋率滿足要求。

對(duì)于L/4截面：

所以L/4截面配筋率滿足要求。

對(duì)于支點(diǎn)處截面：

所以支點(diǎn)處截面配筋率滿足要求。

斜截面承載力計(jì)算

本設(shè)計(jì)選取距支點(diǎn)h/2處的截面和變截面點(diǎn)處進(jìn)行斜截面抗剪承載力驗(yàn)算。箍筋采用四肢直徑12mm的R235鋼筋，設(shè)間距為sv=200mm ，距支點(diǎn)相當(dāng)于一倍梁高范圍內(nèi)，箍筋間距為sv=100mm 。

截面抗剪強(qiáng)度上下限復(fù)核，先進(jìn)行截面抗剪強(qiáng)度上下限復(fù)核。依據(jù)《公預(yù)規(guī)》若符合下列公式要求時(shí)，則不需要進(jìn)行斜截面抗剪承載力計(jì)算：

式中：Vd為驗(yàn)算截面處作用產(chǎn)生的剪力組合設(shè)計(jì)值；為混凝土抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度，對(duì)C55混凝土取值1.89MPa；α2為預(yù)應(yīng)力提高系數(shù)，取 1.25；h0為計(jì)算截面處縱向鋼筋合力作用點(diǎn)至上邊緣的距離；b為驗(yàn)算截面腹板寬度。

距支點(diǎn)h/2處截面：

所以應(yīng)進(jìn)行抗剪承載力驗(yàn)算。

變截面點(diǎn)處截面：

因此應(yīng)進(jìn)行抗剪承載力驗(yàn)算。

截面抗剪承載力計(jì)算：當(dāng)進(jìn)行截面抗剪承載力計(jì)算時(shí)，其截面尺寸應(yīng)符合下列公式：

式中：fcuk為混凝土強(qiáng)度等級(jí)，對(duì)C55混凝土，

距支點(diǎn)h/2處截面：

變截面點(diǎn)處截面：

斜截面抗剪承載力按下式計(jì)算：

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.20.016