“蝶”形箱梁断面桥梁计算分析

杨 新 刚

(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司天津分公司，天津 300042)

·桥梁·隧道·

“蝶”形箱梁断面桥梁计算分析

杨 新 刚

(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司天津分公司，天津 300042)

分析了“蝶”形箱梁断面桥梁的优点，结合工程实例，通过建立计算模型，对该箱梁断面(30+43+30)m预应力连续梁计算问题进行了研究，得到了可用于实际的施工方案，并阐述了具体的施工技术要点，以供参考。

“蝶”形箱梁，预应力，大挑臂，计算

0 引言

桥梁是城市道路的重要组成部分，特别是大、中桥梁的建设对当地政治、经济、国防等都具有重要意义。随着社会经济发展及城市化水平逐步提高，人们对于城市景观要求越来越高，因此桥梁作为城市一定区域标志性建筑，其造型的美观性越来越重要。

桥梁应具有优美的外形，而且这种外形从任何角度看都应该是优美的。其结构布置应简练，并在空间上有和谐的比例；其形式应与周围环境相协调，要较多地考虑建筑艺术上的要求。结构布局和轮廓是桥梁美观的主要因素，施工质量对桥梁美观也有很大影响。

桥梁按照所使用的材料可以分为钢筋混凝土桥、预应力钢筋混凝土桥、钢结构桥、木桥、圬工桥等。按结构体系可以分为简支梁桥、连续梁桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥、悬臂桥、刚构桥、桁架桥及以上几种体系的组合桥梁。按照桥梁断面可以分为板梁、T梁、Π梁、小箱梁、大箱梁等。

箱梁截面具有良好的结构性能，因而在现代各种桥梁中得到广泛应用。在中等、大跨预应力混凝土桥梁中，采用的箱梁是指薄壁箱形截面的梁。其主要优点有：

1)截面抗扭刚度大，结构在施工与使用过程中都具有良好的稳定性和整体性。

2)顶板和底板都具有较大的混凝土面积，能有效地抵抗正负弯矩，可满足配筋的要求，适应具有正负弯矩的结构，如连续梁桥、拱桥、刚架桥、斜拉桥等，也更适应于主要承受负弯矩的悬臂梁、T形刚构等桥型。

3)适应现代化施工方法的要求，如悬臂施工法、顶推法等，这些施工方法要求截面必须具备较厚的底板。

4)承重结构与传力结构相结合，使各部件共同受力，截面效率高，能适应预应力混凝土结构空间钢束布置，可达到更好的经济效果。

5)对于宽桥，由于抗扭刚度大，跨中无需设置横隔板就能获得满意的荷载横向分布效应结果。

6)适合于修建曲线桥，具有较大适应性。

7)能满足布置管线等公共设施需求。

箱梁截面分为小箱梁和大箱梁两种类型。小箱梁由于每片梁一根一根纵向排列，从桥下仰视梁底，纵、横梁密布，比较凌乱，且预制与现浇段有色差，景观效果稍差。大箱梁结构简洁、轻盈，行车平稳，线条流畅，桥下视觉较通透开阔，总体上较为美观舒适，结构耐久性好，在现代城市桥梁中应用越来越广泛。

大箱梁断面可以分为单箱单室、单箱双室、双箱单室、单箱多室、双箱多室等断面类型。其外形有直腹断面、斜腹断面。斜腹断面因更符合现代城市气息，在实际工程中的应用更多。

“蝶”形箱梁断面的外侧斜底板与挑臂之间用圆曲线连接，形成倒圆弧曲线大挑臂，整个箱形形似蝴蝶，因而称作“蝶”形箱梁断面。该断面挑臂较普通箱梁断面更大，造型美观，并且可以减小底板宽度，既减少了梁正弯矩区段混凝土用量，又可以减小墩台尺寸(见图1，图2)。但是对于变截面箱梁，为保证斜腹板是一个平面，随着梁高增大，底板宽度减小，对布置在底板中的预应力钢束的锚固和弯起较为复杂。支点截面底板由于过窄，为满足受压面积的需要而增厚较多。

1 工程简介

本文结合工程实例，对大挑臂“蝶”形箱梁断面某预应力混凝土桥梁进行了计算分析，得出了可用于实际施工的方案，对大挑臂箱梁断面预应力混凝土桥梁的建设有一定指导意义。

1.1 主要参数

跨径布置：30 m+43 m+30 m。桥梁设计使用年限：100年。桥面宽度：0.5 m(防撞护栏)+23 m(机动车道)+0.5 m(防撞护栏)=24 m。安全等级为一级，重要性系数γo=1.1。汽车荷载：城—A级。箱梁汽车横向分布调整系数：取1.15。基础变位(不均匀沉降)：按10 mm计算。

1.2 设计要点

“蝶”形箱梁断面的大挑臂形成倒圆弧曲线，线形流畅，轻盈。本工程结构形式为变高度预应力混凝土梁，梁底按二次抛物线变化。43 m主跨支点处梁高2.6 m，跨中梁高2 m，单箱四室断面，边腹板为圆弧形斜腹板，中腹板为直腹板形式，箱梁横断面箱底宽8.8 m～11.5 m，箱顶宽24 m，箱梁挑臂4 m(见图3，图4)。

2 (30+43+30)m预应力连续梁计算

2.1 计算模型

用平面杆系模型按施工过程进行全桥整体计算，计算模型如图5所示。

2.2 主要计算结论

按预应力A类构件对主梁进行验算，全桥各项计算指标均满足现行有关规范要求。主梁恒、活荷载作用下内力及挠度如图6～图14所示。主要计算结论如下。

持久状况正常使用极限状态抗裂验算：短期效应组合下，正截面拉应力σst-σpc=0.18 MPa≤0.7ftk，主拉应力σtp=0.89 MPa≤0.5ftk=1.325 MPa，长期效应组合下，正截面无拉应力，满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规定。

持久状况应力验算：标准值组合下，最大压应力10.00 MPa≤0.5fck=16.2 MPa，满足规范7.1.5条规定。最大主压应力σcp=11.99 MPa≤0.6fck=19.4 MPa，满足规范规定。

在汽车作用(不计冲击力)下的竖向挠度为6 mm，约为L/7 500，满足要求。

承载能力极限状态下，结构极限强度满足规范要求。

3 挑臂设计

挑臂按照普通钢筋混凝土构件设计，分别取最外侧箱室外边截面及梁底外边截面验算配筋，符合规范对于承载能力及裂缝的要求。

4 施工要点

1)支架必须具有足够的强度、刚度和稳定性，并采取措施消除压缩变形，纵、横、斜构件结合紧密，整体性要好，能承受施工过程中可能产生的各种荷载。

2)支架基础一定要稳固，并充分考虑支架变形以免由于支架沉降和变形过大，使箱梁混凝土产生裂缝。支架搭设后需施加相当于箱梁重量110%～115%的堆载进行不间断预压，预压荷载应全联一次性加载，并观测其变形和沉降，预压持续时间不小于7 d，且3 d内观测累积沉降小于3 mm，方可立模浇筑箱梁混凝土。施工期间亦必须加强梁体及支架变形的检测和控制。

3)支架上必须设置落架设备。落架待预应力张拉完后、混凝土强度达到设计强度的100%方可进行。拆除支架必须从跨中向支座依次循环进行，落架时要对称均匀，不应使主梁处于局部受力状态。

4)为防止模板变形，可在腹板中设对拉螺栓予以固定。

5)箱梁混凝土与模板、模板与支架的接触面要采取措施以适应混凝土收缩和温度变形，防止产生裂缝。

6)箱梁混凝土浇筑时首先浇筑竖向支架刚度最为薄弱区域(远离竖向支架)的混凝土，然后再进行刚度较大区域(竖向支架附近)混凝土的浇筑。浇筑箱梁混凝土时应统一指挥，加强管理。

7)混凝土要求在初凝前一次浇筑完成，并振捣密实。浇筑时应采取措施防止预应力管道移位，在锚垫板和支座钢筋网格钢筋密集处应保证混凝土密实，并保证锚垫板位置和倾角正确。

8)支架法现浇施工的预应力混凝土连续梁，混凝土强度达到设计强度的100%，且龄期不小于10 d才允许进行张拉。

9)钢束张拉时，预应力筋的张拉控制应力为0.75fpk(为锚下控制应力，而非油表读数)，预应力筋张拉时需同时满足张拉力及引伸量的要求(双控)，以张拉力为主，引伸量校核，实测引伸量与计算引伸量之差应在±6%以内。若张拉吨位与相应引伸量值误差过大，应及时检查原因，研究处理方法。

10)预应力张拉次序按照横向与纵向预应力钢束结合交错进行张拉：先张拉一半的横梁钢束→张拉纵向腹板束→张拉剩余横梁钢束→张拉顶、底板钢束；预应力张拉按先长束后短束、左右平衡对称张拉的原则进行。

5 结语

1)本文通过对“蝶”形断面预应力连续箱梁工程实例的计算分析，得出了可用于实际施工的设计方案，对工程有一定的指导意义。

2)“蝶”形断面桥梁纵桥向作为预应力A类构件，横桥向大挑臂部分作为普通钢筋混凝土构件设计是经济合理的。

3)“蝶”形箱梁断面的桥梁造型美观，可以作为城市一定区域标志性建筑。

[1] 范立础.桥梁工程(上)[M].北京:人民交通出版社，2001.

[2] JTG/T D60-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[3] JTG/T F50-2011，公路桥涵施工技术规范[S].

[4] CJJ 11-2011，城市桥梁设计规范[S].

Oncalculationandanalysisofbutterflyboxgirdersectionbridge

YANGXin-gang

(TianjinBranch,ShanghaiMunicipalEngineeringDesignandResearchInstitute(Group)Co.,Ltd,Tianjin300042,China)

The paper analyzes the advantages of the butterfly box girder section bridge, combining with the engineering examples, researches its (30+43+30) meter prestressed continuous beam calculation by establishing calculation models, and concludes factual construction scheme, and describes the construction technical points, so as to provide some reference.

butterfly box girder, prestress, big cantilever arm, calculation

1009-6825(2014)33-0152-03

2014-09-20

杨新刚(1984- )，男，硕士，工程师

U448.213

：A