現澆預應力混凝土連續箱梁承載力分析

韓靈杰，唐華瑞

（1.鄭州科技學院，河南鄭州450064；2.鄭州工商學院，河南鄭州451400）

現澆預應力混凝土連續箱梁承載力分析

韓靈杰1，唐華瑞2

（1.鄭州科技學院，河南鄭州450064；2.鄭州工商學院，河南鄭州451400）

杭州灣跨海大橋杭甬高速連接線全線為高架橋，針對其主橋上部結構5跨（2×30m＋40m＋2×30m）現澆預應力混凝土單箱多室非對稱且變寬整體連續箱梁橋，用有限元軟件MidasCivil建立箱梁結構模型，計算了支座反力，驗算了主梁的抗彎性、抗剪性和正截面的抗裂性。

杭甬高速連接線；高架橋；預應力混凝土；連續箱梁；承載力

0 引言

預應力混凝土連續箱梁是目前使用較多的橋梁結構形式之一［1］。國內外研究人員針對現澆預應力混凝土連續箱梁開展了大量的模型試驗和結構理論研究，但對單箱多室非對稱且變寬整體連續箱梁的結構分析及現澆連續箱梁的橫梁和橋墩的研究相對較少，對橋墩施工階段的結構計算分析，以及預張拉和終張拉前、后對箱梁現澆段應力跟蹤測試研究相對更少［2～4］。為了保證施工質量，確保橋梁的安全和穩定，對現澆連續箱梁的結構受力進行分析已成為一個重要的課題。

1 工程概況

杭州灣跨海大橋杭甬高速連接線公路工程（余夫公路至小曹娥互通段）起點位于余姚市馬渚鎮大施巷東、余夫公路（S319）北側，接跨海大橋杭甬高速連接線第一段高架橋設計終點，終點位于小曹娥鎮符丁五丘東，接規劃的杭甬高速公路復線小曹娥互通段，路線長度為17.9 km。該工程是浙江省“兩縱兩橫十八連三繞三通道”高速公路網中杭州灣寧波通道的重要組成部分。它既是寧波市高速公路骨架路網中“三連”中的“一連”，也是余慈地區快速路網中“一環”的西環線。項目建成后，將完善寧波市高速公路骨架路網。同時，將構筑上海、嘉興等地與余姚市、寧波市及溫州市等地區間的第二高速公路通道。

這段高速連接線全線是高架橋，寬度為25.5m，橋面鋪裝采用4 cm厚的SMA－13型瀝青馬蹄脂碎石＋6 cm厚的SMA－16型瀝青馬蹄脂碎石，瀝青混凝土與防水混凝土間設置防水層。高架橋上部結構分段采用現澆箱梁和內外懸臂不對稱的分幅整體預制箱梁，下部結構采用花瓶式墩、群樁基礎加承臺。由于本工程全線長度大，結構形式復雜，筆者選取第13聯5跨（2×30m＋40m＋2×30m）現澆預應力混凝土連續箱梁進行承載力分析。

2 現澆連續箱梁結構主要材料和計算模型

2.1 結構設計

選取的第13聯5跨（2×30m＋40m＋2×30m）預應力混凝土現澆連續箱梁的斷面形式為單箱五室斜腹板斷面，斷面全寬為29.665～38.924m，梁高均為2.35m，其結構模型如圖1所示。

2.2 主要材料

主梁混凝土的強度等級為C50，鋼筋類型為HRB400。預應力體系采用φs15.2高強度低松弛鋼絞線，公稱直徑為15.2mm，公稱截面積為140mm2，其標準強度為1 860MPa，性能符合《預應力混凝土用鋼絞線》（GB／T5224－2003）標準。錨具、錨墊板、波紋管、錨下螺旋箍筋均采用其配套產品。波紋管采用塑料波紋管。采取真空輔助壓漿工藝。

圖1 箱梁結構模型示意圖Fig.1 Box girder structure model

本橋上部結構主要材料用量指標如表1所示。

2.3 計算模型

橋梁上部結構預應力布置立面圖與結構模型立面圖如圖2～圖3所示。

表1 箱梁上部結構主要材料用量指標Tab.1 The main material utilization amount of box girder topside structure

圖2 箱梁上部結構預應力布置立面圖Fig.2 The vertical view of box girder topside structu re p restress ar rangement

圖3 箱梁上部結構模型立面圖Fig.3 The vertical view of box girder topside structure

3 現澆連續箱梁受力分析［5］

3.1 現澆連續箱梁結構支座反力計算

本橋各橋墩采用球型支座，每個橋墩設置多個支座。57?！?2＃墩采用的支座型號如表2所示。

經計算，在不同作用下，57?！?2＃墩上不同位置支座反力值如表3所示。

表2 57#～62#墩支座類型Tab.2 Bearing type of 57?！?2＃pier

表3 57#～62#墩上不同位置的支座反力Tab.3 D ifferent positions suppor t pressure of 57?！?2＃pier

由表2和表3可知，橋墩所采用的支座承載力能夠滿足設計要求。

3.2 主梁抗彎和抗剪驗算

主梁按承載能力極限狀態組合的彎矩和剪力包絡圖及對應的抗力圖如圖4和圖5所示。圖中，剪力的單位為kN，彎矩單位為kN·m。

由圖4和圖5可知，主梁各截面的正截面抗彎驗算、斜截面抗剪驗算均滿足要求。

圖4 主梁承載能力組合彎矩包絡圖及對應抗力圖Fig.4 Girder carrying capacity combined bending m om ent envelope and corresponding resistance

圖5 主梁承載能力組合剪力包絡圖及對應抗力圖Fig.5 Girder carrying capacity combined shearing force envelope and corresponding resistance

3.3 正截面抗裂驗算

主梁按A類構件進行正截面抗裂驗算時，在作用短期效應組合和長期效應組合下的正截面拉應力包絡圖如圖6～圖9所示。圖中，應力單位為MPa，以拉應力為正、壓應力為負。

圖6 短期效應組合主梁上緣最大拉應力包絡圖Fig.6 The short－term effect of combined girder’s upper margin maximum tension stress envelope

圖7 短期效應組合主梁下緣最大拉應力包絡圖Fig.7 The short－term effect of combined girder’s lower margin m axim um tension stress envelope

圖8 長期效應組合主梁上緣最大拉應力包絡圖Fig.8 The long－term effect of combined girder’s upper m argin maximum tension stress envelope

圖9 長期效應組合主梁下緣最大拉應力包絡圖Fig.9 The long－term effect of combined girder’s lower margin maximum tension stress envelope

由圖6～圖9可得，在短期效應作用下，主梁上緣未出現拉應力，下緣未出現拉應力；主梁上、下緣按長期效應組合時，未出現拉應力。因此，主梁滿足規范對于A類預應力構件的正截面抗裂要求。

4 結語

通過有限元軟件midas Civil對具有代表性的5跨現澆預應力混凝土單箱多室非對稱且變寬整體連續箱梁建立結構模型，進行了主梁的研究分析，由計算分析可知，主梁總體計算的承載能力、抗裂性及施工運梁短暫狀態下的應力水平均能滿足規范要求。

［1］范立礎.橋梁工程：上冊［M］.2版.北京：人民交通出版社，2012：3-5.

［2］郭金瓊，房貞政，鄭振.箱形梁設計理論［M］.北京：人民交通出版社，2008：2-10.

［3］余德孫.某混凝土連續箱梁橋病害分析［D］.武漢：湖北工業大學，2013.

［4］呂志濤，潘鉆峰.大跨徑預應力混凝土箱梁橋設計中的幾個問題［J］.土木工程學報，2010，43（1）：70－76.

［5］宮亞峰，畢海鵬，李祥輝.箱梁橫隔梁計算方法研究［J］.中外公路，2010，30（4）：140－144.

[責任編輯 楊明慶]

U441.2

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10.13681/j.cnki.cn41－1282/tv.2016.03.008

2016－05－16

韓靈杰（1982－），男，河南靈寶人，講師／工程師，碩士，主要從事道路與橋梁工程的教學與研究工作。