变截面连续梁桥面板计算分析

文 / 陈乐元

一、桥梁简介

某特大桥主桥为70m+130m+70m预应力混凝土变截面连续梁，桥宽14.5m。

箱梁采用单箱单室直腹板箱形断面，支点处梁高8m，高跨比为1/16.25，跨中梁高3m，高跨比为1/43.3，箱梁高度按1.8次抛物线变化。箱梁顶宽为14.5m，底板宽度为7m，翼缘悬臂宽3.75m；箱梁顶板厚度除0号块部分为0.5m外，其余梁段为0.28m；箱梁底板厚度由距墩中心3.5m处到合龙段处按1.8次抛物线变化，由1m变化至0.32m，0号块底板厚为1.5m；箱梁腹板厚度在0号块、1～9号梁段为0.9m，12～16号梁段为0.6m，10～11号梁段为腹板变化段。主梁采用C55混凝土，挂篮悬臂逐段施工。

二、预应力系统

箱梁采用三向预应力体系，桥面板按A类预应力混凝土构件设计。横向预应力筋是用以保证桥梁的横向整体性、桥面板及横隔板横向抗弯能力的主要受力钢筋。桥面板横向预应力钢束采用按GB/T5224-2014技术标准生产的高强度低松弛钢铰线，规格为Φ15.2-3；抗拉强度标准值为fpk＝1860MPa，弹性模量Ep＝1.95×105MPa。

三、桥面板结构离散

从上部结构箱梁中，提取1m跨中桥面板模型，进行桥面板结构验算。离散模型如图1所示。

桥面板按A类预应力结构计算，横向设置两个支座，支承节点为腹板中心线。

四、桥面板计算结果

（一）持久状况承载能力极限状态计算

计算结果显示，持久状况承载力能力极限状态下，桥面板正截面抗弯承载力（图2）和斜截面抗剪承载力（图3），均满足规范要求。

（二）持久状况正常使用极限状态计算

a）桥面板正截面抗裂验算

按A类预应力混凝土构件计算，分段浇筑混凝土结构短期效应组合下应力应满足：

σst－σpc≤0.7ftk

运营阶段桥面板各单元上、下缘在短期效应组合下最小正应力（图4），满足规范要求。

b）桥面板斜截面抗裂验算

按A类预应力混凝土构件计算，分段浇筑混凝土结构短期效应组合下应力应满足：

σtp≤0.5ftk

运营阶段桥面板各单元上、下缘在短期效应组合下最大主拉应力（图5），满足规范要求。

（三）持久状况和短暂状况应力计算

a）持久状况混凝土最大压应力计算

规范限值：σkc＋σpt≤0.5fck =17.75 MPa

使用阶段箱梁截面最大压应力为6.49MPa，不超过规范限值，满足规范要求。

b）持久状况混凝土最大主压应力计算

规范限值： σcp≤0.6fck =21.36.49MPa

使用阶段箱梁截面最大主压应力为6.49MPa，不超过规范限值，满足规范要求。

c）钢束应力计算

规范限值： σpe＋σp≤0.65fpk =1209 MPa

使用阶段预应力钢束应力计算显示，最大拉应力为1128.1MPa，不超过规范限值，基本满足规范要求。

d）短暂状况混凝土应力计算

短暂状况应力计算主要对构件在预应力和自重等施工荷载作用下截面边缘混凝土的法向应力进行计算。

截面边缘混凝土的法向压应力应符合下式规定：σtcc≤0.70f'ck =19.88 MPa

施工阶段边缘混凝土的最大法向压应力为6.93 MPa，不超过规范限值，满足规范要求。

五、主要计算结论

桥面板按A类预应力构件验算，主要计算结论如下：

1）持久状况承载能力极限状态计算：正截面抗弯承载力和斜截面抗剪承载力满足规范要求。

2）持久状况正常使用极限状态计算：正截面抗裂和斜截面抗裂验算满足规范要求。

3）持久状况和短暂状况应力计算：持久状况混凝土最大压应力、混凝土最大主压应力、钢束拉应力及短暂状况混凝土应力，均满足规范要求。

六、结语

桥面板是直接承受车辆轮压的承重结构。本文对预应力混凝土变截面连续梁桥面板进行计算分析，证明了其安全性和合理性，对类似桥梁具有参考价值。