預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)分析
摘要：目前的橋梁建設(shè)中，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文介紹了渭河特大橋跨南北大堤連續(xù)梁橋的設(shè)計(jì)，這是一座采用滿堂支架法法施工、三跨變截面設(shè)計(jì)的連續(xù)梁橋，對(duì)設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行了比較詳細(xì)的分析，得出了一些設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土; 設(shè)計(jì); 連續(xù)梁橋
預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋是大跨徑橋梁的主要橋型之一，它能充分發(fā)揮高強(qiáng)材料的特性，具有可靠的強(qiáng)度、剛度以及抗裂性能，具有變形小、結(jié)構(gòu)剛度好、行車(chē)平順舒適，伸縮縫少，養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)易，抗震能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
韋莊至羅敷高速公路是陜西省“2367”高速公路網(wǎng)規(guī)劃中榆商線的重要組成路段，也是已建成的連霍高速與京昆高速之間的聯(lián)絡(luò)線之一。渭河特大橋?yàn)槿�惟一一座特大橋，為陜西省內(nèi)跨渭河最長(zhǎng)的公路橋梁，橋梁全長(zhǎng)4457米，主橋上部結(jié)構(gòu)采用50+75+50m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋。
一、設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
公路等級(jí)：一級(jí)公路;
設(shè)計(jì)行車(chē)速度：100公里/小時(shí);
橋面寬度12.9m：0.5m(防撞護(hù)欄)+11.5m(車(chē)行道)+0.9m(防撞護(hù)欄)，橋面設(shè)雙向2%橫坡;
設(shè)計(jì)荷載：公路―Ⅰ級(jí);汽車(chē)制動(dòng)力等按規(guī)范取值;
設(shè)計(jì)溫度：系統(tǒng)溫度±20度，溫度梯度采用規(guī)范取值;
地震：基本烈度為Ⅷ度，地震動(dòng)峰值加速度值： 0.25g;
設(shè)計(jì)洪水頻率：1/300。
二、結(jié)構(gòu)形式
圖2.1 渭河特大橋主橋結(jié)構(gòu)形式圖
2.1上部結(jié)構(gòu)截面布置
圖2.2 跨中斷面
圖2.3 根部斷面
2.2預(yù)應(yīng)力體系
腹板、頂板、邊跨頂、底板合攏索及中跨底板合攏索縱向預(yù)應(yīng)力鋼束采用19-φs15.2，頂板橫向預(yù)應(yīng)力鋼束采用3-φs15.2。
三、設(shè)計(jì)荷載
�、� 一期恒載：預(yù)應(yīng)力混凝土容重取2.6t/m3，主梁按實(shí)際斷面取值，橫隔板、齒板以集中力計(jì)入。
�、� 二期恒載：包括護(hù)欄、橋面鋪裝等。
�、� 活載： 公路-Ⅰ級(jí)。
�、� 溫度梯度：主梁頂、底板日照溫差按照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》4.3.10條規(guī)定取值計(jì)算;
整體升降溫按照±20℃考慮。
�、葜ё两担褐鞫�20mm，邊墩10mm。
⑥沖擊系數(shù)：按照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》4.3.2計(jì)算求得μ=0.06。
四、計(jì)算分析
4.1內(nèi)力組合計(jì)算結(jié)果
圖4.1恒載+附加力+活載彎矩包絡(luò)圖
圖4.2 恒載+附加力+活載剪力包絡(luò)圖
4.2持久狀態(tài)極限承載能力驗(yàn)算
表4.1 持久狀況承載能力極限狀態(tài)正截面抗彎驗(yàn)算(單位：KN.m)
位置 最大/最小 組合名稱(chēng) rMu Mn
邊跨跨中 最大 組合10 59554.2 72142.8
最小 組合9 -4432.9 69648.0
1#主墩墩頂 最大 組合10 -156762.0 425321.5
最小 組合9 -283868.1 425321.5
中跨跨中 最大 組合10 109371.6 121044.2
最小 組合9 40517.3 121044.2
2#主墩墩頂 最大 組合10 -156889.0 425321.5
最小 組合9 -284011.1 425321.5
最大/最小：不同荷載組合產(chǎn)生的截面彎矩的最大、最小值
rMu：r×Vd(重要性系數(shù)×最大彎矩組合) Mn：結(jié)構(gòu)抗彎承載能力
可見(jiàn)，上部箱梁持久狀態(tài)極限承載能力驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。
4.3持久狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)抗裂驗(yàn)算
預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件為滿足正常使用極限狀態(tài)，應(yīng)進(jìn)行正截面和斜截面抗裂驗(yàn)算。
①正截面抗裂驗(yàn)算
表4.2 短期荷載效應(yīng)下主梁正截面抗裂驗(yàn)算 (單位：Mpa)
位置 荷載組合名稱(chēng) 截面上端最小應(yīng)力 最小應(yīng)力 容許拉應(yīng)力
截面下端最小應(yīng)力
邊跨支點(diǎn) 組合3 0.36 0.36 0
5.96
邊跨跨中 組合3 1.94 1.94 0
7.61
1#主墩墩頂 組合3 1.92 1.92 0
9.32
中跨跨中 組合10 8.56 1.13 0
1.13
2#主墩墩頂 組合3 2.07 2.07 0
9.28
注：表中正值表示壓應(yīng)力，負(fù)值表示拉應(yīng)力。
規(guī)范強(qiáng)制性條款6.3.1，對(duì)于全預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件，在短期效應(yīng)組合下不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力。最不利狀態(tài)下截面最小壓應(yīng)力為0.36 MPa，滿足規(guī)范要求。
�、谛苯孛婵沽羊�(yàn)算
表4.3 短期荷載效應(yīng)下主梁斜截面抗裂驗(yàn)算 (單位：Mpa)
位置 組合名稱(chēng) 主拉應(yīng)力值最大值 容許主拉應(yīng)力
邊跨支點(diǎn) 組合10 -0.80 -1.06
邊跨跨中 組合8 -0.19 -1.06
1#主墩墩頂 組合10 -0.98 -1.06
中跨跨中 組合10 -0.06 -1.06
2#主墩墩頂 組合10 -0.96 -1.06
注：表中正值表示壓應(yīng)力，負(fù)值表示拉應(yīng)力。
最不利狀況下，截面主拉應(yīng)力最大值為0.98MPa，出現(xiàn)在主墩墩頂截面。規(guī)范規(guī)定全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件主拉應(yīng)力不允許超過(guò)0.4ftk=1.06MPa，滿足規(guī)范要求。
4.4持久狀況正截面法向壓應(yīng)力驗(yàn)算
按持久狀況設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件，應(yīng)計(jì)算其使用階段正截面混凝土法向壓應(yīng)力。
表4.4 主梁正截面壓應(yīng)力驗(yàn)算 (單位：Mpa)
位置 組合名稱(chēng) 截面上端最大應(yīng)力 最大壓應(yīng)力 容許壓應(yīng)力
截面下端最大應(yīng)力
邊跨支點(diǎn) 組合8 3.72 7.92 16.20
7.92
邊跨跨中 組合10 10.38 10.38 16.20
2.63
1#主墩墩頂 組合10 11.54 11.54 16.20
5.31
中跨跨中 組合10 10.52 10.52 16.20
1.69
2#主墩墩頂 組合10 11.59 11.59 16.20
5.30
注：表中正值表示壓應(yīng)力，負(fù)值表示拉應(yīng)力。
①截面法向壓應(yīng)力
規(guī)范條款7.1.5-1，對(duì)于全預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件，在作用標(biāo)準(zhǔn)值組合下，σkc+σpt≤0.5fck=16.20MPa，最不利狀態(tài)下截面最大壓應(yīng)力為14.95 MPa，滿足規(guī)范要求。
4.5持久狀態(tài)斜截面混凝土的主壓應(yīng)力驗(yàn)算。
�、� 按持久狀況設(shè)計(jì)的`預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件，應(yīng)計(jì)算其使用階段斜截面混凝土主壓應(yīng)力。
表4.5 主梁斜截面主壓應(yīng)力驗(yàn)算 (單位：Mpa)
位置 組合名稱(chēng) 主壓應(yīng)力值最大值 容許主壓應(yīng)力
邊跨支點(diǎn) 組合8 7.92 19.44
邊跨跨中 組合10 10.73 19.44
1#主墩墩頂 組合10 11.54 19.44
中跨跨中 組合10 10.52 19.44
2#主墩墩頂 組合10 11.59 19.44
注：表中正值表示壓應(yīng)力，負(fù)值表示拉應(yīng)力。
規(guī)范條款7.1.6-1，對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件，在作用標(biāo)準(zhǔn)值組合下，σcp≤0.6fck =19.44MPa。最不利活載下主壓應(yīng)力為14.95MPa，滿足規(guī)范要求。
綜上，橋梁的上部結(jié)構(gòu)驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。
五、結(jié)語(yǔ)
預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的設(shè)計(jì)與其施工方法有著緊密的聯(lián)系，不同的施工方法，在施工各階段的內(nèi)力也不同，對(duì)連續(xù)梁橋，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮施工方法、施工內(nèi)力與變形而施工方法的選擇也應(yīng)符合設(shè)計(jì)的要求。
渭河特大橋于2012年6月動(dòng)工，于2014年10月竣工。建成后，將為沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)，并與周?chē)坝^相協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性和美觀性的統(tǒng)一。
參考文獻(xiàn)：
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