预应力混凝土曲线连续箱梁设计研究

2014-06-07徐金帅

山西建筑 2014年18期

徐金帅黄莉

(1.中铁工程设计咨询集团有限公司郑州设计院，河南郑州 450001;2.吉林铁道职业技术学院，吉林吉林 132000)

1 结构体系

本桥采用(40+64+40)m预应力连续箱梁跨越既有沟壑，位于平面曲线半径为R=800 m的线位处。箱梁横截面采用单箱单室直腹板形式。边支座中心线至梁端0.7 m，梁全长145.4 m。中跨支点梁高5.0 m，跨中及边跨支点梁高3.0 m。梁高沿纵向按二次抛物线变化。中跨2.0 m长合龙段、边跨2.0 m长合龙段及7.7 m长现浇段。箱梁顶宽7.2 m，箱宽3.8 m，为满足连续梁支座安装的需要，中跨支点箱梁底宽加宽至4.8 m，边跨支点不加宽。箱梁顶板厚度为32 cm，底板厚度由支点处80 cm至1/4跨渐变为40 cm;腹板厚度80 cm～60 cm～40 cm，箱内顶板处设70 cm×28 cm梗胁，底板处设30 cm×30 cm梗胁。全梁支座处及中跨跨中共设置5个横隔板，在中支点处横隔板厚160 cm，边支座处横隔板厚120 cm，跨中处横隔板厚50 cm。横隔板及梁端部设置进人孔洞，箱内设泄水孔，腹板设通风孔。中支点及边支点断面图见图 1，图 2。

图1 中支点断面图（单位：cm）

曲线梁按曲线曲做设计。梁体沿横截面中心线对称布置，相应的梁体纵向轮廓尺寸均为沿梁体中心线的展开尺寸，梁体轮廓、普通钢筋、预应力钢束及管道等均应以梁体中心线为对称线沿径向根据曲率进行相应调整，支座、桥墩亦按径向布置。

图2 边支点断面图（单位：cm）

2 计算模型

采用MIDAS程序建立空间有限元模型进行施工阶段及运营阶段分析，计算时计列重力、预应力、收缩徐变、体系温度、支座不均匀沉降、中活载等荷载对结构的作用，分析结构内力、应力、强度及变形等。

全桥共分为166个单元，175个节点。计算模型及支承情况如图3，图4及表1所示。

图3 曲线梁（R=800）模型图

图4 曲线梁（R=800）支座布置图（单位：mm）

表1 曲线梁(R=800)支座参数

3 荷载组合

荷载组合分别以主力组合、主力+附加力进行组合，取最不利组合进行设计，并对特殊荷载进行检算:

1)主力组合:恒载(一期、二期、预应力、收缩及徐变)、活载(考虑列车竖向动力作用)、支座沉降、长钢轨纵向水平力等按照规范要求组合;2)主力+附加力组合:主力、附加力(温度力、制动力、风荷载、离心力、横向摇摆力等)按照规范要求组合。

曲线梁模型加载参数选取及加载布置详见表2。

表2 曲线梁计算参数选取及模型加载布置表

4 施工阶段分析检算

在预加应力的过程中，预应力钢筋在锚下的控制应力应符合下列条件:钢丝、钢绞线的锚下控制应力值 σcon=σp1+σL≤0.75fpk。在传力锚固或存梁阶段，计入构件自重作用后，混凝土的正应力应符合下列条件:1)压应力σc≤0.75fc';2)拉应力σct≤0.75fct'。本梁施工时混凝土强度已达到标准强度的90%，故压应力允许值0.70fck'=0.75 ×0.9 ×33.5=22.61 MPa，拉应力允许值0.70ftk'=0.70 ×0.9 ×3.10=1.95 MPa。根据对结构在各施工阶段的检算结果，确定施工阶段的安全性。

5 运营阶段分析检算

梁部结构运营阶段检算主要包括:正截面抗弯检算、运营阶段正截面抗裂检算、运营阶段斜截面抗裂检算、运营阶段混凝土压应力检算、运营阶段预应力钢筋拉应力检算、运营阶段混凝土剪应力检算。

荷载组合分别以主力、主力+附加力进行组合，并考虑特殊荷载作用，取最不利组合进行设计。

6 梁体模态分析

梁体的横向刚度应按梁体的横向自振频率和梁体的水平挠度进行控制。预应力混凝土梁桥跨结构的横向自振频率f不得小于55/L0.8。故本梁桥跨结构横向自振基频不得小于1.974。

7 箱梁横向分析

对箱梁进行横向内力及应力检算，计列要素如下:

1)计列箱梁自重恒载、桥面道碴、线路设备，以及竖向预应力作用等产生的内力;2)计列特种活载，并考虑活载冲击系数产生的内力;3)计列温度变化及混凝土收缩产生的内力;4)计列日照温差或寒流降温影响产生的内力;荷载组合分别以主力组合、主力+附加力进行组合，取最不利组合进行设计:箱梁横截面内力分析时，在跨中处顺桥向取1 m长的箱形截面，按腹板底部支承的框架进行计算。