大跨单箱单室预应力连续刚构设计探讨

2015-12-21陈冠桦

交通科技 2015年4期

关键词：单箱刚构合龙

万　麟　陈冠桦

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司　贵阳　550081)

大跨单箱单室预应力连续刚构设计探讨

万麟陈冠桦

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司贵阳550081)

摘要兰海高速贵州境遵义至贵阳段扩容工程中的连续刚构，单幅桥梁宽度16.5～16.75 m，采用宽箱大悬臂形式的单箱单室断面，通过计算发现采用常规的结构尺寸及预应力设置已不能满足结构受力要求，应从梁高、腹板宽度、顶板厚度、预应力钢束布置、跨中挠度控制等方面做一些调整。文中从设计构造及计算方面对该类型的预应力连续刚构设计进行总结。

关键词连续刚构大跨宽桥单箱单室箱梁

随着经济建设的不断发展，早期建成的高速公路越来越不能满足日益增长的交通量需要，现在高速公路建设均朝着多车道、设计车速较高的方向发展。连续刚构为山区公路经常采用的一种结构形式，其重要性在山区公路中非常突出。兰海国家高速公路遵义至贵阳段扩容工程位于贵州省遵义市和贵阳市境内，是国家高速公路网的组成部分，是西南出海大通道的重要组成部分，路线全长101.193 km，按双向6车道高速公路标准建设，设计速度v=100 km/h，路基宽度33.5 m。本路线共有连续刚构桥梁4座，分别为主跨180 m的银厂河特大桥、主跨200 m的长滩河特大桥和新田坡特大桥、主跨为160 m的柿花寨特大桥。桥梁上部箱梁均采用单箱单室的挂篮悬浇箱梁断面形式，箱宽为16.5～16.75 m。目前这种宽度的连续刚构公路桥梁不是很多，按常规结构尺寸及预应力布置已不能满足规范要求，本文选取具有一般连续刚构桥梁特点的银厂河特大桥为例，从设计方面对宽幅单箱单室预应力连续刚构设计做一些探讨[1]。

2.2外荷载与裂缝发展趋势的关系

结构裂缝一直是工程界关心的热点问题，预应力混凝土梁开裂后，由于裂缝的存在，中性轴会发生移动，开裂区截面弯曲刚度减小，从而造成截面应力的重分布，可能导致控制界面的转移，所以开裂损伤对结构的内力影响分析是及其复杂的。梁体开裂荷载为850 kN，首先在梁体跨中出现垂直裂缝；随着荷载的增加，陆续出现多条处置裂缝，而且分布均匀，随着荷载的增加，开始出现斜裂缝，而且由跨中向加载点附近扩散，并且，裂缝的扩散趋势不断向着梁顶发展，2 900 kN时裂缝贯穿，梁体破坏。

3　结语

(1) 采用非线性有限元理论研究了单调加载方式下有粘结预应力混凝土T型梁的受力性能，模型在考虑材料、几何非线性的前提下能够深入揭示混凝土和预应力筋内力变化，应力变化计算结果与试验结果吻合较好，从而验证了模型中采用的单元类型、材料本构和破坏准则的可行性和合理性，也进一步明确了预应力混凝土T梁的力学性能和工作机理，为理论分析提供了参考依据。

(2) 由于ANSYS单元特性的局限，不能对裂缝的发展有一个精确的模拟，只能预测裂缝的发展趋势。

参考文献

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[4]沈殷,李国平,陈艾荣.体外预应力混凝土梁的非线性有限元分析[J].同济大学学报,2003,31(7):803-807.

[5]胡志坚,王云阳,胡钊芳,等.预应力混凝土梁开裂后抗弯刚度试验研究[J].桥梁建设,2012,42(5):37-42.

[6]孟刚,贾金青,刘春梅.预应力超高强混凝土梁抗弯性能试验研究[J]. 武汉理工大学学报:交通科学与工程版,2013(6):1235-1238.

1　桥梁布置及构造

银厂河特大桥为贵州境遵义至贵阳段扩容工程第5合同一座特大桥，主桥为96 m+180 m+96 m预应力混凝土连续刚构，最大墩高90 m，单幅桥梁宽度16.5 m。见图1。

图1　主桥桥型布置图(单位：cm)

1.1主桥上部箱梁结构

上部箱梁为变截面单箱单室断面，箱顶宽16.5 m，底宽8 m，箱梁顶面设单向2.0%的横坡，材料为C55混凝土。

(1) 箱梁高度。0号梁段梁高为11.6 m，现浇段和合龙段梁高均为4.2 m，其间梁底下缘曲线按1.8次方抛物线变化。

(2) 箱梁截面顶板跨中厚度。0号梁段为60 cm，1号梁段由120 cm渐变为46 cm，2号～20号段梁段为46 cm(见图2)，边跨合龙梁段及现浇段由46 cm直线渐变为120 cm，梁端支承段为120 cm，中跨合龙梁段为46 cm。

(3) 箱梁底板厚度。0号梁段墩身范围为150 cm，中跨合龙段为32 cm，边跨合龙段由32 cm渐变至51.2 cm，边跨现浇段由51.2 cm渐变至80 cm，现浇梁端支承段为80 cm，根部至合龙段底板厚度按1.8次方抛物线由130 cm渐变至32 cm。

(4) 箱梁腹板厚。墩身范围内的0号梁段为110 cm，1～12号梁段为100 cm(见图2)，13号梁段由100 cm渐变为80 cm，14号～20号梁段为80 cm(见图2)，边跨合龙段由80渐变为96 cm，现浇段由96渐变至120 cm，支撑处现浇段为120 cm，中跨合龙段为80 cm。

图2　箱梁标准横断面(单位:cm)

1.2桥墩及基础

主墩桥墩纵向由双肢薄壁墩组成，薄壁墩为矩形空心截面，横桥向9.5 m，顺桥向3.0 m，2片墩间净距为5 m，墩身上部端与箱梁0号梁段固接，下部端与承台固接。过渡墩为单箱单室箱墩，纵桥向宽4.2 m，横桥向宽9.5 m。主墩承台采用20.5 m×15 m×6 m矩形承台，过渡墩承台采用11.4 m×13.8 m×4 m矩形承台。主墩桩基均采用12根直径为2.2 m钻孔桩，过渡墩桩基单幅桥采用9根直径为1.8 m桩基，所有桩基按嵌岩桩设计。

1.3箱梁预应力布置

(1) 纵向预应力钢束。分为顶板束(T束)、腹板下弯束(W束)、中跨底板束(DZ束)、边跨底板束(DB束)、合龙段顶板合龙束(边跨LB束、中跨LZ束)及预留束(Y束、DBY束、DZY束)6类。纵向预应力采用公称直径15.20 mm的预应力钢绞线。其中每个腹板顶板束(T束)42束、腹板下弯束(W束)18束，中跨底板束(DZ束)20束，边跨底板束10束(DB束)，中跨合龙束(LZ束)2束，边跨底板束(LB束)6束。

(2) 横向预应力。采用公称直径15.20 mm的预应力钢绞线，每束3股钢绞线，设计张拉吨位531.2 kN，采用一端张拉方式。

(3) 竖向预应力。采用直径32 mm的PSB930精轧螺纹粗钢筋,精轧螺纹粗钢筋张拉控制应力σcon=0.9fpk。