太原市学府街高架桥变截面连续箱梁计算分析

唐 军 吴红升

(太原市市政工程设计研究院，山西 太原 030002)

太原市学府街高架桥变截面连续箱梁计算分析

唐 军 吴红升

(太原市市政工程设计研究院，山西 太原 030002)

以正在施工的太原市学府街高架桥(40+56+40)m变截面连续箱梁为例，采用有限元软件桥梁博士建立其计算模型，按不同工况计算了该桥在恒载和恒载+活载作用下的桥梁力学性能，包括上部结构纵向和横向计算分析。计算结果表明，箱梁截面拉、压应力满足规范要求。

高架桥，力学性能，应力分析，连续梁

1 工程概况

太原市学府街高架桥工程，西起滨河东路，东至建设路，全长4.29 km，道路红线宽50 m。学府街为城市主干路(主要节点立交，直行交通连续)，设计车速50 km/h，主线高架路段采用双向四车道加地面辅路。高架桥包括学府街主线上跨平阳路跨线桥工程以及学府街主线上跨长治路—体育南路跨线桥，其中学府街主线上跨平阳路跨线桥在上跨平阳路路口处采用(40+56+40)m变截面预应力混凝土连续梁，其余两联均采用3×31 m等截面预应力混凝土连续梁，桥梁宽度16 m；学府街主线上跨长治路—体育南路跨线桥在上跨长治路路口、体育南路路口采用(40+56+40)m变截面预应力混凝土连续梁，其余位置分别采用4联3×31 m，2联4×30 m，2联3×30 m等截面预应力混凝土连续梁，桥梁宽度16 m。学府街高架桥桥墩采用带横梁的双立柱结构形式，桥墩基础为承台+桩基础的形式，桥台为桩接盖梁结构，高架桥两侧引道设钢筋混凝土挡土墙与主线衔接。

学府街高架桥桥墩采用双立柱结构，柱顶设连系横梁；立柱采用矩形截面且在墩顶附近适当外倾，以加大支座间距。高架桥在平阳路、长治路、体育南路为(40+56+40)m连续梁桥，采用变截面预应力混凝土结构。本文主要对此连续梁进行纵、横向力学分析，以保证桥梁的结构安全。

桥梁立面及断面如图1～图3所示。

2 技术标准

1)桥梁宽度：单幅16 m。2)桥梁横坡：双向2%。3)设计基准期：100年。4)设计车速：50 km/h。5)荷载标准：城—A级。

3 箱梁的结构设计

3.1 箱梁的构造

高架桥箱梁顶宽16 m，底宽9 m，单箱三室，箱梁悬臂段按照圆曲线过渡，通过顶底板形成横坡，全截面梁高一致。箱梁高度在梁端及跨中为2 m，墩顶位置3.3 m，梁高以二次抛物线的形式在25.5 m变化段内从2.0 m渐变到3.3 m；箱梁外侧腹板为斜腹板，中间设两道直腹板，斜腹板和直腹板厚度均由0.7 m渐变到0.45 m。箱梁顶板厚：梁端、墩顶处50 cm，且为最大值；其他段为25 cm。底板厚度：设于标准厚度值为22 cm，变化段由22 cm渐变到80 cm。箱梁材料：C50混凝土。

3.2 箱梁的纵向钢束

箱梁腹板、顶底板布设纵向预应力钢束，端横梁、中横梁布设横向预应力钢束，箱梁按照A类构件标准进行设计。钢束采用标准低松弛钢绞线，塑料波纹管，真空辅助压浆。

全联纵向钢束共96束，其中顶板束、底板束、腹板束束数分别为44，34和18。在箱梁顶板、中跨底板、边跨底板均预留若干备用孔，备用孔用波纹管成孔但不穿钢束；施工中若遇到堵孔可启用备用孔道，钢束张拉结束后需对没有启用的备用孔灌浆封实。顶板钢束：15φ12的钢绞线32束，15φ9的钢绞线12束；腹板钢束：15φ15的钢绞线18束；中跨底板：15φ12的钢绞线14束；两个边跨底板：各采用15φ12的钢绞线10束。钢束的张拉控制应力在0.65fpk～0.75fpk之间。

箱梁纵向钢束的布设见图4。

3.3 箱梁的横梁钢束

中横梁的横向钢束采用15φ15钢绞线7束，单排设置于中横梁上部(见图5)，控制张拉应力1 380 MPa。

端横梁的横向钢束采用15φ12钢绞线4束，单排设置于端横梁上部，控制张拉应力1 350 MPa。

4 上部结构受力分析

4.1 箱梁的纵向整体计算

箱梁在纵向整体计算时相关参数取值方法：整体升温的温度为25 ℃,整体降温温度取值为30 ℃。对梯度温度取值时，应该按照相关规范取相应数值。箱梁二期恒载包括桥面铺装、梁顶护栏自重。联接墩不均匀沉降值按13 mm考虑，主墩不均匀沉降值按15 mm考虑。

采用桥博软件建模计算，并用MIDAS CIVIL软件对计算结果进行相应复核。箱梁的模型有143个节点，142个单元。计算模型分为三个施工阶段(混凝土浇筑及钢束张拉、二期恒载加载，运营)，成桥阶段工况：恒载+活载+整体升降温+梯度温度+支点沉降等。

由计算可知，在荷载基本组合下，各个单元的抗弯承载力不小于弯矩设计值，同时承载力极限状态也可满足相应要求。荷载的短期效应组合：箱梁的上缘正应力最大值为10.9 MPa(正值表示压应力，负值表示拉应力)，最小为-0.94 MPa，下缘正应力最大值为10.3 MPa，最小为-0.23 MPa；荷载的长期效应组合：箱梁的上缘正应力最大值为6.6 MPa，最小为0.78 MPa，下缘正应力最大值为8.6 MPa，最小为1.7 MPa。在正常使用的极限状态下，挠度值满足规范标准要求。箱梁承载力的极限状态强度、短期及长期效应下应力、正常使用极限状态抗裂与挠度值满足规范标准要求。

4.2 中横梁的静力计算

中横梁计算参数：整体升降温、梯度温度、二期恒载可参照4.1条箱梁纵向整体计算取值。腹板传递的竖向剪力按照腹板、顶板分摊加载于横梁之上。

模型有37个节点，36个单元。在荷载的短期效应组合下，箱梁的上缘正应力最大值为5.3 MPa(正值表示压应力，负值表示拉应力)，最小正应力为-0.61 MPa，下缘最大正应力为2.1 MPa，最小正应力为0.02 MPa，满足规范要求；在荷载长期效应组合下，箱梁上缘最大正应力为2.3 MPa，最小正应力为1.11 MPa，下缘最大正应力为1.6 MPa，最小正应力为0.12 MPa，满足规范要求。

端横梁应力各项计算值也可满足相关桥梁规范规定值。

5 结语

三座(40+56+40)m变截面连续箱梁桥,是太原市学府街高架桥工程的重要节段。箱梁的纵向、横向预应力钢束布置及相关计算，是该桥的设计难点；由相关计算结果可知，其受力各项指标均满足规范所规定的允许值。本文计算结果已为学府街上跨平阳路等桥梁设计复核提供基础性数据，可为同类桥梁的设计实施提供参考。

[1] JTG D60—2004，公路桥涵设计通用规范[S].

[2] JTG D62—2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[3] CJJ 11—2011，城市桥梁设计规范[S].

[4] 太原市南中环快速路高架桥箱梁计算分析[J].山西建筑,2014,40(31):196-197.

Calculation and analysis of continuous box girder with variable section for the viaduct of Xuefu street in Taiyuan city

Tang Jun Wu Hongsheng

(TaiyuanMunicipalEngineeringDesignandResearchInstitute,Taiyuan030002,China)

Software Doctor Bridge is used to establish a model of (40+56+40)m continuous box girder with variable section for the viaduct of Xuefu street, which is being constructed in Taiyuan city. Different working conditions are considered to calculate mechanical properties of the bridge on permanent load or permanent and variable load, including longitudinal and transverse calculation of super structure. Calculation results indicate that the maximal tensile and compression stress of the box girder section can meet requirements in design specification for normal use.

viaduct, mechanical properties, stress analysis, continuous girder

1009-6825(2015)28-0158-02

2015-07-27

唐 军(1982- )，男，工程师； 吴红升(1979- )，男，工程师，一级注册结构工程师

U448.213

A