预应力连续弯箱梁桥的设计与分析

2013-11-09邓涛

山西建筑 2013年24期

邓涛

(长沙县农村公路管理站，湖南长沙 410100)

0 引言

近年来，随着我国社会经济的发展，对公路和城市交通等基础设施的建设需求也逐年增加，受地形影响的山区高速公路;受线形、现有城区构造物影响的城区高架路、立体式交叉等等工程建设项目也越来越多。曲线梁桥相比于直线桥来说，对地形、地貌、现有构造物以及建设空间的适应性较强，能满足复杂的建设条件下线形的需求，同时，曲线梁桥还具有弧线优美、行车平顺、外观流畅明快、意境生动等美学价值，因此，在现有许多工程项目中得到应用。

曲线梁桥虽具有以上优点，但由于这种桥本身的结构特点以及建设初期经验的缺乏，造成已建成通车的部分曲线桥梁发生了许多病害，如:内侧支座脱空;梁端向弯道外侧“爬移”;伸缩缝变形不均;梁体水平向变位使支座上下钢板错位;局部裂缝超过允许值等等。

本文通过对广东省广州东沙至新联高速公路新联互通D匝道桥的一段曲线梁桥的计算和设计过程，介绍了一些弯梁桥设计中常用的改善弯梁桥结构受力的方案，并验证了这些解决方案在弯箱梁桥设计应用中的有效性。

1 项目概况

新联互通式立体交叉是广州东沙至新联高速公路第S16标段中的项目，含A，B，C，D匝道桥及上跨主线桥，本文对平面半径最小的D匝道桥进行计算分析。该桥为21 m+36 m+21 m预应力混凝土连续弯箱梁。桥面宽度为10.5 m，单箱单室，平面位于R=145 m圆曲线上，桥面横坡为6%;桥面纵坡为R=1 600 m的凸曲线上。设计荷载:公路—Ⅰ级，抗震等级按7度设防。

2 上部结构

新联互通D匝道箱梁采用C50，桥梁位于R=145 m圆曲线上。桥面布置:0.5 m(防撞栏杆)+9.5 m(行车道)+0.5 m(防撞栏杆)，总宽10.5 m。箱梁为单箱单室(见图1)，箱梁顶板为28 cm，底板为26 cm，中心位置梁高2 m，腹板宽为55 cm，桥面横坡通过调整腹板高度来完成。桥面铺装采用10 cm厚沥青混凝土。下部桥墩采用方柱墩配承台及桩基础，桥台采用双柱式台配桩基础。各墩台支座均为双支座，其中墩柱处支座间距为2.5 m，桥台处支座间距为4.5 m，墩柱偏心20 cm。

3 计算模型

本桥的上部结构计算采用《桥梁博士》V3.0程序的梁格法模块进行计算。根据20.92 m+36 m+20.92 m曲线连续箱梁，用空间梁格法进行有限元模拟。按照梁格网格的划分原则，纵梁单元划分(共52 个单元，1.42 m+50 ×1.5 m+1.42 m)，2 根纵梁，横向间距4.95 m。纵梁单元编号1～104:纵梁1(1～52)、纵梁2(53～104)。横梁:53根横梁，纵向间距(1.42 m+50×1.5 m+1.42 m);横梁单元编号105 ～165。

梁格划分如图2，图3所示。

4 施工过程及预应力

箱梁施工采用分段浇筑。每段箱梁顺桥向一次浇筑完毕，沿梁高可分两至三次浇筑，先底板及腹板根部，再腹板和顶板及翼缘板，但墩顶横梁应一次浇筑。箱梁接段之间接缝及每段箱梁分层浇筑缝都应按施工缝处理。所有预应力束张拉都需在支架上进行，待混凝土强度达到设计强度90%后方可张拉，张拉需上下左右均匀对称进行，张拉完后马上对孔道进行灌浆。该段梁全部预应力张拉完成后方可拆卸支架。

纵向预应力束在逐孔设置支架现浇时预埋并张拉，顶板在腹板处采用12φs15.24 mm钢绞线，底板在腹板处采用12φs15.24 mm钢绞线，通束用连接器连长，短索采用5φs15.24 mm钢绞线，箱梁无竖向预应力。钢绞线控制应力0.75fpk。

5 针对弯箱梁结构特点采取的措施

1)考虑到内侧腹板较低，外侧腹板较高。同时桥梁运行时，主梁内侧将有翘曲趋势。因此，本次设计考虑调整内外侧腹板预应力钢束的重心位置。将内侧腹板预应力钢束重心位置竖向上调，经过多次试算，两侧重心高差为11 cm。曲线梁内外侧腹板形成反向扭矩，构成预应力应力的预偏心，以求在配筋设计方面尽量抵消结构的扭矩效应。

2)将原设计独柱单支座改为独柱双支座，两支座间距为3.5 m。双支座形成抗扭型支撑，将上部结构内外荷载引起的扭矩向下部结构进行传递，减小曲线梁梁体受扭对上下部结构产生的不良影响。

3)由于曲线梁存在较大扭矩，通常存在外梁超载，内梁卸载，造成内外侧支点反力相差很大，当活载偏载比较严重时甚至会产生内侧支座脱空的情况。对于这种情况，可以考虑调整支座的中心的偏心值，改善主梁受力。本桥将下部结构支座中心线沿弯梁横梁方向向外侧平移20 cm。