25米标准跨径带翼小箱梁结构调整后相应受力情况的研究

卢永飞

(西北民族大学土木工程学院,甘肃兰州 730030)

25米标准跨径带翼小箱梁结构调整后相应受力情况的研究

卢永飞

(西北民族大学土木工程学院,甘肃兰州 730030)

对现有高速公路项目采用的25m标准跨径装配式带翼小箱梁,在原截面形式不变的情况下,改变跨径长度后调整预应力钢束和截面普通钢筋,然后从结构受力方面进行研究,看其承载能力极限状态和正常使用极限状态设计能否够满足规范规定和设计要求,为该结构在高速公路工程项目中的应用提供一定的技术支持。

带翼小箱梁 应力 承载力

1 概述

某分离式立交桥原桥型布置为11x25m简支转连续组合箱梁，分为两联：5x25m+6x25m。肋板台、柱式墩，桩基础。根据施工现场情况，需将桥跨的第二联6x25m变更为5x25+28.9m。对边跨为28.9m的箱梁在采用25m箱梁截面的情况下，通过改变钢束及截面普通钢筋，依据现行规范对5x25+28.9m桥跨组合使用阶段的应力、承载能力进行安全性探究。

2 25米跨径小型箱梁结构型式

桥梁结构上部采用装配式部分预应力混凝土连续组合箱梁，梁高140cm，箱梁边梁顶板宽321cm，中梁顶板宽312cm，底板宽100cm，跨中断面顶、腹板、底板厚均为18cm，支点处顶板厚18cm，腹板和底板厚25cm。桥面设置单向2%横坡，桥面铺装为8cm水泥混凝土调平层加10cm沥青混凝土铺装层。桥梁标准横断面见图1。

3 25米跨径小型箱梁结构计算

3.1 持久状况极限状态抗弯承载能力计算

根据计算，边梁的横向分布系数[1]0.809大于中梁0.658，故本计算用边梁控制。根据文献[2]的规定，桥梁构件的承载能力极限状态计算应满足：

冲击系数u=0.304[3][4]；

图2为承载能力计算结果，从图中可以看出：1)最大正弯矩发生在第六跨跨中附近165号截面处，值为8362.404kN，其对应的抗力为9142.667kN满足主梁极限承载力满足规范要求。2)最大负弯矩发生在10号墩墩顶梁截面145号截面处，值为5874.220kN，其对应的抗力为8009.876kN满足主梁极限承载力满足规范要求。

3.2 持久状况正常使用极限状态计算

3.2.1 正截面抗裂验算——正截面混凝土拉应力验算

根据文献[2]规定，A类预应力混凝土受弯构件：荷载短期效应组合作用下的抗裂验算，正截面抗裂验算在荷载短期效应组合作用下应满足

图3、图4分别为构件在短期效应组合下正截面抗裂验算结果。可见结构的在荷载短期效应组合作用下，上缘法向拉应力为1.7413MPa，下缘法向拉应力为1.2095MPa，均小于容许拉应力1.855Mpa(C50混凝土)，计算结果表明，在短期效应组合作用下，正截面抗裂性满足要求。

荷载长期效应组合下的抗裂验算，在长期效应组合作用下，应满足

图5、图6分别为构件在长期效应组合下正截面抗裂验算结果。计算结果表明，在长期效应组合作用下，满足正截面抗裂性均满足要求。

3.2.2 斜截面抗裂验算——斜截面混凝土主拉应力验算

构件在短期效应组合下的斜截面抗裂验算结果为：

从表1可以看出：混凝土主拉应力发生在10号墩墩顶梁截面上缘，最大压应力值1.314MPa＜1.855MPa。使用阶段斜截面抗裂验算满足《公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范》6.3.1(第2条)和

图1 半幅桥标准横断面(单位:cm)

图2 弯矩图

图3 短期组合上缘应力包络

图4 短期组合下缘应力包络

图5 长期组合上缘应力包络

表1 短期效应组合下的斜截面抗裂验算结果

表2 受拉区钢筋的拉应力验算结果

规范6.3.3)。

图6 长期组合下缘应力包络

图7 正截面混凝土压应力1

图8 正截面混凝土压应力2

图9 正截面混凝土压应力3

3.3 正截面混凝土压应力验算

3.3.1 施工阶段法向压应力验算

从图7中可见，最大应力发生在第二阶段10号墩墩顶梁截面下缘，单元下缘最大压应力13.807MPa≤0.5fck=16.2MPa，正截面混凝土压应力满足规范要求。

3.3.2 使用阶段正截面压应力验算

标准组合下正截面混凝土压应力

1)单元上缘

从图8可以看出，最大压应力发生在10墩墩顶梁截面上缘，值为13.244MPa。

2)单元下缘

从图9可以看出，最大压应力发生在在10墩墩顶梁截面下缘，值为16.117MPa。

所以，使用阶段正截面压应力验算满足《公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范》6.1.5，6.1.6，7.1.3～7.1.5条，0.5倍的轴心抗压强度标准值16.2 MPa。

3.3.3 标准组合下主压应力

经计算得，斜截面最大主压应力(如下图所示)， 发生在在10墩墩顶梁截面下缘，值为16.3186MPa。 σcp=16.3186MPa＜0.6 fck=0.6×32.4=19.44MPa

计算结果表示斜截面主压应力满足规范要求。

3.4 受拉区钢筋的拉应力验算

从表2中可以看出，钢束43束在扣除全部预应力损失后[5]最大值为1199.146MPa＜1209MPa(钢筋拉应力容许值)，满足《公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范》要求。

4 结语

对某分离立交桥第11跨上部构造结构受力情况进行了计算探究，计算结果表明，在25m箱梁截面尺寸不变的情况下，将边跨由25m变更为28.9m，通过调整箱梁钢束、普通钢筋的配置方案，是可行的，其承载能力极限状态和正常使用极限状态设计能够满足规范规定和设计要求。

[1]冯仲仁.分体式箱梁桥荷载横向分布系数的设计计算方法[J].交通科技,2006.1.

[2](JTG D62—2004).公路桥钢筋混凝土及预应力混凝土涵设计规范[S]．

[3](JTG D60—2004).公路桥涵设计通用规范[S]．

[4](JTG B01-2003).公路工程技术标准[S]．

[5]周冬,于向东.斜交桥横隔梁受力分析[J].华东公路,2010.5.