上跨奋进路箱梁设计计算

吴骏

（贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州 贵 阳 5 50081）

上跨奋进路箱梁设计计算

吴骏

（贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州 贵 阳 5 50081）

以上跨奋进路桥梁为背景，介绍了相关设计标准、桥跨布置及结构设计，并对箱梁结构进行了详细的计算分析，为同类桥梁设计工程提供参考。

箱梁；结构设计；计算分析

1 概 述

贵阳市金华物流园区奋进路道路工程1号路为红线宽度30 m的城市干道，建设桩号K0+248.797与贵黄高速公路K14+675.000交叉，交角为75°。奋进路道路工程1号路在此处下穿贵黄高速公路，交叉处的贵黄高速为填方路基，现需挖开路基设置跨线桥。

桥跨布置采用2-30 m预应力混凝土现浇连续箱梁，斜交15°。下部结构：桥墩为双柱式矩形墩，承台桩基础；0#、2#桥台均为重力式U型桥台，承台桩基础。箱梁采用支架现浇施工，下部墩、台采用现浇施工，桩基采用机械成孔。

2 技术标准

（1）设计基准期：100 a；

（2）设计荷载：公路-Ⅰ级；

（3）设计速度：80 km/h；

（4）行车道宽度：2×净-8.5 m。

（5）桥区地震基本烈度为Ⅵ度，桥梁抗震设防措施等级为7级。

3 主要材料

3.1 混凝土

现浇箱梁及桥面现浇层混凝土采用C50；承台、桩基、台帽采用C30混凝土；桥墩、墩顶系梁采用C40混凝土；桥面铺装采用沥青混凝土。

3.2 普通钢筋

普通钢筋分为HPB300级、HRB400级、HRB500级三种，HPB300级钢筋应符合GB1499.1-2008的有关规定，HRB400级、HRB500级钢筋应符合GB1499.2-2008的有关规定。钢筋的抗拉、拉压设计强度：HPB300级钢筋fsd=fsd′=250 MPa；HRB400级钢筋fsd=fsd′=330 MPa；HRB500级钢筋fsd=fsd′= 415 MPa。

HPB300级钢筋主要采用了直径10 mm、8 mm；HRB400钢筋主要采用了直径20 mm、16 mm、12 mm三种规格；HRB500钢筋主要采用了直径28 mm、25 mm、22 mm三种规格。

3.3 预应力钢筋

采用《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224-2003）标准的低松弛高强度钢绞线，其抗拉强度标准值fpk=1 860 MPa，公称直径d=15.2 mm，弹性模量Ep=1.95×105MPa，松驰率0.035，松驰系数0.3。箱梁钢束采用M15-19群锚以及配套产品，预应力管道均采用圆形塑料波纹管。

4 箱梁设计计算

4.1 箱梁一般构造

箱梁为等高、等截面箱梁，采用单箱单室，顶宽9.48 m，底宽5.48 m，梁高1.8 m，挑臂长度2 m。箱梁顶板厚度0.25 m，底板厚度0.20 m，腹板宽度0.40 m，箱梁顶板、腹板、底板在靠近端横梁、中横梁段均采取线性加厚。箱梁在桥台顶设置端横梁，厚1.8 m，在桥墩墩顶设置中横梁，厚2.0 m。图1为箱梁跨中横断面。

图1 箱梁跨中横断面图（单位：cm）

图2 箱梁预应力钢束立面布置图

4.2 箱梁设计计算参数

（1）混凝土：C50，重力密度γ=26.0 kN/m3，弹性模量为Ec=3.45×104MPa；

（2）沥青混凝土：重力密度γ=24.0 kN/m3；

（3）预应力钢筋：弹性模量Ep=1.95×105MPa，松驰率ρ=0.035，松驰系数ζ=0.3；

（4）锚具：锚具变形、钢束回缩取6 mm（一端）；（5）管道摩擦系数：u=0.17（塑料波纹管）；（6）管道偏差系数：κ=0.001 5；（7）支座不均匀沉降：Δ=5 mm；

（8）竖向梯度温度效应：考虑沥青铺装层和桥面现浇层对梯度温度的影响，按现行规范规定取值。

4.3 计算模型

总体计算采用桥梁博士V3.3计算软件，按施工流程分阶段建立模型（见图3），并按规范要求对结构施工阶段和成桥阶段进行验算。箱梁有限元模型共计34个单元和34个节点。箱梁构件为预应力A类混凝土构件。

图3 箱梁有限元模型

计算模型共分为3个施工阶段:（1）满堂支架法现浇箱梁，并张拉预应力钢束；（2）二期铺装及桥梁附属设施施工；（3）3 650天收缩徐变。

4.4 箱梁计算

4.4.1 持久状况承载能力极限状态强度验算

根据《公桥规》第5.1.5条规范，构件承载能力极限阶段强度应符合式（1）要求[1，2]：

主梁抗力及对应的内力如图4、图5所示（外缘线为抗力，中间线为组合内力）。

图4 箱梁最大抗力及其对应内力（单位：kN·m）

图5 箱梁最小抗力及其对应内力（单位：kN·m）

从验算结果图形可以看出：箱梁各截面承载能力极限状态强度满足规范要求。

4.4.2 持久状况正常使用极限状态截面抗裂验算

（1）正截面抗裂验算

对于部分预应力A类构件，在作用（荷载）短期效应组合下，应符合下列条件[1，2]：

图6 短期效应组合下混凝土最小正应力图（单位：MPa）

但在荷载长期效应组合下：

图7 长期效应组合下混凝土最小正应力图（单位：MPa）

箱梁在短期效应组合下各截面上下缘最小正应力如图6所示。

箱梁在长期效应组合下各截面上下缘最小正应力如图7所示。

从图中可见，箱梁在短期效应组合下，仅墩顶箱梁上缘受拉，拉应力为0.12 MPa，小于规范规定值，并且在长期效应组合下，各截面均受压，因此，箱梁正截面验算满足规范要求。

（2）斜截面抗裂验算

A类预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期

图8 短期效应组合下箱梁主拉应力图（单位：MPa）

效应组合下现场浇筑构件应符合下列条件[1，2]：

箱梁在短期效应组合下各截面的最小主拉应力如图8所示。

箱梁截面最大主拉应力为1.01 MPa，满足规范要求。

4.4.3 持久状况构件应力验算

（1）正截面混凝土法向压应力验算

使用阶段预应力混凝土受弯构件正截面混凝

图9 持久状况箱梁最大正应力图（单位：MPa）

土的压应力应符合下列规定[1，2]：

箱梁在标准组合下各截面上下缘最大正应力如图9所示。

箱梁最大法向压应力为11.1 MPa，满足规范要求。

（2）斜截面混凝土的主压应力验算

使用阶段预应力混凝土受弯构件混凝土的主

图10 持久状况箱梁最大主压应力图（单位：MPa）

压应力应符合下列规定[1，2]：

箱梁在标准组合下各截面的最大主压应力如图10所示。

箱梁斜截面最大主压应力为11.1 MPa，满足规范要求。

（3）正截面受拉区钢筋拉应力验算

使用阶段预应力混凝土受弯构件预应力钢筋的拉应力应符合下列规定[1，2]：

箱梁受拉区预应力钢筋最大拉应力为1 205.8 MPa，满足规范要求。

4.4.4 短暂状况构件应力验算结果

预应力混凝土受弯构件，在预应力和构件自重等施工荷载作用下截面边缘混凝土的法向压应力应符合[1，2]：

表1 短暂状况下箱梁上下缘最大压应力表 MPa

从表1中可见，箱梁最大压应力为8.4 MPa，满足规范要求。

5 结论

现浇箱梁具有整体性好、适应性强、施工工艺成熟等特点[3-5]。在充分考虑技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理的桥梁设计原则下，对贵黄高速上跨奋进路道路工程1号路桥梁进行精心设计。通过有限元软件对该桥梁结构进行验算，结果表明箱梁结构尺寸合理，各项验算指标满足规范要求。

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

[2]JTG D60-2004，公路桥涵设计通用规范[S].

[3]徐岳.预应力混凝土连续梁桥设计[M].北京:人民交通出版社, 2000.

[4]段宝萍.大魁河大桥主桥连续箱梁设计与计算[J].公路交通科技,2013(2):57-60.

[5]李克军,崔玥.沈店港大桥箱梁设计计算分析[J].交通科技,2009 (2):35-38.

U442

B

1009-7716（2017）01-0074-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.01.021

2016-10-08

吴骏（1983-），男，江西吉安人，高级工程师，硕士，从事桥涵勘察设计工作。