6×30m预应力混凝土小箱梁计算分析

赵海艳

（中铁建苏州设计研究院有限公司 江苏苏州 215104）

1 工程概况

该工程起于园区星塘街，以隧道的形式穿越星湖街和阳澄西湖，地面部分采用高架桥的形式跨过苏嘉杭高速公路顺着太阳路方向一直向西，在跨过S227省道、相城大道，后采用分幅高架桥的形式下穿苏州地铁2号线，然后越过老苏虞张公路以及广济北路，下穿新建的苏虞张公路高架桥，跨过苏埭路落地，以地面主辅快速路的形式接至苏锡交界，路线全长约28km。

现以桥跨6～30m为例对预应力混凝土小箱梁计算进行分析。具体桥梁断面如图1。

图1

2 设计标准

汽车荷载等级为公路—Ⅰ级，同时参照城市-A级，全线采用双向六车道，设计行车速度100km/h，设计基准期为100年，桥面横坡为双向2%，桥梁净宽为11.25m，抗震要求按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010），苏州抗震设防烈度为Ⅵ度，设计基本地震加速度为0.05g。本工程抗震设防类别为B类，抗震设防措施为7级。

3 小箱梁上部结构计算

3.1 基础资料

箱梁顶宽度为2.4m，底宽为2.0m，箱梁的横坡通过顶底板形成，全截面小箱梁高度为1.6m，顶板标准段厚度18cm，底板标准段厚度25cm，采用C50混凝土。

3.2 纵向静力计算

3.2 .1设计参数

（1）单元划分

利用桥梁博士V3.5.0软件建立该桥上部结构模型，共分为梁单元181个，节点182个。

（2）一期恒载和二期恒载

一期恒载的混凝土容重为26kN/m3计，依据实际的断面计重量，横梁依照集中荷载设计。二期的恒载主要为护栏、泄水管道和桥面铺装以及调平层等。

（3）预应力

预应力钢绞线使用直径φs15.2mm高强度低松弛钢绞线，该线的抗拉强度标准值fpk＝1860MPa，管道摩阻系数0.25，松弛率≤2.5%，弹性模量Ep＝1.95×105MPa，局部偏差系数0.0015，一端锚具变形及钢束回缩6mm，锚下张拉控制应力按照0.75fpk=1395MPa控制。

（4）混凝土收缩与徐变作用

依照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG3362-2018）计算，年平均的相对湿度RH取值80%。

（5）结构重要性系数

按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）要求取1.1/1.0。

（6）基础变位作用

地基及基础不均匀沉降按1.0cm计算。

（7）汽车冲击力

依照《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）中要求的方法计算。

（8）温度（梯度温度与均匀温度）作用

梯度温度的计算依据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）的第4.3.10的4条规定进行计算，体系升温为25℃、体系降温为25℃。

（9）构件类型

按A类预应力混凝土构件进行设计，根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）的四种工况进行计算。

3.2.2 验算内容

（1）验算内容包括小箱梁在长期及短期荷载效应组合下结构抗裂验算；

（2）承载能力极限状态正截面强度验算；

（3）支座反力。

3.2.3 验算结果

限于篇幅因素，本文仅对中梁计算结果进行介绍，边梁计算原理和中梁相同，这里不在赘述。

（1）短期荷载效应组合下验算

通过计算，短期荷载效应组合下单元最大主压应力为12.7kg/cm2，最大主拉应力为-1.58kg/cm2，单元上缘最大应力12.7kg/cm2，单元下缘最大应力10.6kg/cm2；单元上缘最小应力-1.56kg/cm2，单元下缘最小应力-1.58kg/cm2，详细见图 2～3。

图2 中分别代表上缘最大、最小应力及下缘最大、最小

图3 中分别代表最大主压及最大主拉应力

（2）长期荷载效应组合下验算

通过计算，长期荷载效应组合下单元最大主压应力为8.31kg/cm2，最大主拉应力为-1.01kg/cm2，单元上缘最大应力8.31kg/cm2，单元下缘最大应力7.92kg/cm2；单元上缘最小应力1.59kg/cm2，单元下缘最小应力1.43kg/cm2，详细见图 3～4。

图4 中分别代表上缘最大、最小应力及下缘最大、最小

图5 中分别代表最大主压及最大主拉应力

（3）基本荷载效应组合下验算

通过计算，基本荷载效应组合下单元最大主压应力为13.7kg/cm2，最大主拉应力为-2.61kg/cm2，单元上缘最大应力13.7kg/cm2，单元下缘最大应力11.5kg/cm2；单元上缘最小应力-2.61kg/cm2，单元下缘最小应力-1.96kg/cm2，详细见图 6～7。

图6 图中分别代表上缘最大、最小应力及下缘最大、最小

图7 图中分别代表最大主压及最大主拉应力

（4）承载能力极限状态正截面强度验算

由下述两个弯矩包络图可得，弯矩承载力满足规范要求。

图8 中分别代表最大弯矩对应抗力及最大弯矩

图9 中分别代表最小弯矩对应抗力及最小弯矩

（5）支反力验算

通过计算，支反力见表1。

表1 支反力一览表

4 结语

（1）通过运用桥梁博士V3.5.0软件在短期荷载、长期荷载、基本荷载组合下，对小箱梁的拉应力、压应力、强度、支座反力进行了计算，计算结果显示，满足规范要求。

（2）为类似小箱梁的结构设计与计算提供相关参考。