大跨径预应力混凝土连续梁桥设计浅析

22智城建设NO.07 2019

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随着悬臂、顶推等施⼯⼯艺的应⽤成熟，及预应⼒技术的发展完善，在⼤跨度桥梁建设中，预应⼒混凝⼟连续梁桥的应⽤越来越⼴泛。该类桥梁具有结构刚度⼤、整体性能好、结构受⼒合理、⾏车舒适度⾼、造型简洁美观等优点。但受众多因素的影响，近年来已建成的该类桥梁中出现了⼤量病害，对桥梁的结构安全和耐久性产⽣严重影响。因此，应保证设计⼯作的合理性及科学性，最⼤限度地提⾼桥梁⼯程质量，延长桥梁使⽤寿命。本⽂将结合具体⼯程实例，阐述⼤跨径预应⼒混凝⼟连续梁桥设计及计算分析的要点。1?⼯程概况港窑路跨三峡⾼速⾼架桥[1]

是宜昌市港窑路（夷陵长江⼤桥-峡州⼤道）市政⼯程项⽬中⼀座重要桥梁。桥梁全长580.4 m，桥宽25.9 m，共5联。其中第1联上跨三峡⾼速公路，上部结构跨径组合为（48+80+48）m，采⽤预应⼒混凝⼟变截⾯箱梁。第1联桥型⽴⾯布置如图1所⽰。

图1 桥型⽴⾯布置图/cm 2?主要设计标准

（1）道路等级：快速路；设计时速60 km/h。（2）设计荷载：城市－A级。

（3）抗震标准：地震动峰值加速度0.05g，基本烈度6度，按7度设防；桥梁抗震设防类别⼄类。

（4）桥梁结构设计基准期：100年；桥梁使⽤年限100年；安全等级：⼀级。3?桥梁结构设计要点3.1 纵截⾯参数确定

为了能够较好地拟合连续梁的内⼒分布规律，⼤跨径预应⼒混凝⼟连续箱梁宜采⽤变截⾯。其边跨与中跨长度⽐例⼀般控制在0.5~0.8范围内，⽀点处梁⾼宜取（1/16~1/25）L，跨中处梁⾼宜取（1/30~1/50）L，梁底曲线可采⽤1.5~2次抛物线。故第1联上部结构跨径组合采⽤（48+80+48）m，边中跨⽐取0.6，⽀点梁⾼5 m，中跨梁⾼取2.2 m，梁底按2次抛物线变化。⼤跨径预应⼒混凝⼟连续梁桥设计浅析刘学谦1?陈⽟龙1?潘?诚2

（1.中国市政⼯程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430010；2.武汉理⼯⼤学，湖北 武汉 430010）摘?要：⽂章以多座⼤跨径预应⼒混凝⼟连续梁桥设计实践为基础，结合具体⼯程实例，阐述了⼤跨径预应⼒混

凝⼟连续梁桥设计中的⼀些要点，并采⽤有限元分析软件midas civil2012，对桥梁上部结构进⾏计算分析，保证桥梁结构安全

合理，以期为⼤跨度预应⼒混凝⼟连续梁桥的设计⼯作提供借鉴。关键词：预应⼒混凝⼟；连续梁；设计；计算分析

3.2 横截⾯参数确定

箱型截⾯的顶底板是桥梁结构承受正负弯矩的主要部位，顶板厚度的确定既要考虑桥⾯板横向弯矩⼜要考虑预应⼒钢束的布置要求，⼀般不⼩于25 cm [2]；随负弯矩的增加，箱梁底板厚度⾄墩顶处逐渐增加，其厚度变化曲线⼀般为梁⾼的同类曲线。箱梁结构弯曲、扭转所产⽣的主拉应⼒主要由箱梁腹板来承受[3]。箱梁腹板厚度需根据其受⼒需求和构造要求应有所变化，⼀般箱梁根部腹板厚度较⼤，且变化段纵向长度应⼤于12倍的腹板宽度差值。

结合⼯程实际情况，同时考虑箱梁结构的承载⼒及刚度要求，主桥箱梁横截⾯采⽤单箱四室斜腹板截⾯形式。箱室顶板厚度为28 cm，⽀点处底板厚150 cm，跨中底板厚25 cm。边⽀点段腹板厚度由65 cm渐变⾄50 cm，中⽀点段腹板厚度由90 cm渐变⾄70 cm，中间段腹板厚度由70 cm渐变⾄50 cm。横断⾯布置图如图2所⽰。图2 横梁断⾯布置图/cm3.3 预应⼒钢束布置

桥梁结构按A类预应⼒混凝⼟构件设计，采⽤纵、竖双向预应⼒体系。纵向预应⼒采⽤抗拉强度标准值为1 860 MPa 的φS15.2 mm⾼强度低松弛钢绞线，分顶板束、腹板弯起束及边、中跨合龙束四类，采⽤15-12、15-15、15-19三种类型的钢绞线；锚具采⽤群锚体系。竖向预应⼒束采⽤JL25的精轧螺纹钢筋，YGM锚具，纵向标准间距为50 cm。预应⼒钢束布置见图3。

图3 预应⼒钢束布置图4?桥梁结构计算分析4.1模型概况23智城建设NO.07 2019

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采⽤有限元计算软件midas civil2012，建⽴梁单元模型，全桥上部结构共划分为195个单元，186个节点。主要考虑恒载、活载、预应⼒、收缩徐变、基础沉降、温度效应等荷载作⽤。上部结构采⽤悬浇施⼯⽅法，根据施⼯步骤建⽴多个施⼯⼯况，对结构内⼒及应⼒状态逐阶段进⾏分析，结构计算模型如图见4。

图4 上部结构计算模型4.2 计算结果分析

4.2.1 正截⾯抗弯承载⼒验算

由《公路钢筋混凝⼟及预应⼒混凝⼟桥涵设计规范》（JTG 3362—2018）[4]，第5.1.2条可知，桥梁结构的承载能⼒极限状态的计算需满⾜γ0S≤R，再根据规范5.2.2-5.2.6条，具体验算结果见表1。表1 正截⾯抗弯承载⼒验算表

由表1验算结果可知，截⾯的内⼒均⼩于截⾯的抗⼒，满⾜规范要求，且具有⼀定的安全储备。4.2.2 正截⾯抗裂验算桥梁结构按A类预应⼒混凝⼟构件设计，根据规范[4]

第6.3.1条对其正截⾯拉应⼒进⾏验算。正截⾯混凝⼟拉应⼒应满⾜如下规定：在作⽤（或荷载）的短期效应组合下 σst -σpc≤0.7f tk ；在作⽤（或荷载）的长期效应组下σlt -σpc ≤0。具体验算结果见表2、表3。表2 短期效应组合正截⾯抗裂验算表

表3 长期效应组合正截⾯抗裂验算表

由表2、表3可知，在短期效应组合作⽤下，结构拉应⼒均⼩于规范容许值；在长期效应组合作⽤下，结构没有出现拉应⼒，验算结果满⾜规范要求。4.2.3 斜截⾯抗裂验算

根据规范[4]第6.3.1-，应对预应⼒混凝⼟受弯构件斜截⾯主拉应⼒进⾏验算。且满⾜如下规定：现场浇筑的A类预应⼒混凝⼟构件，在作⽤（或荷载）的短期效应的组下σtp ≤0.5f tk 。

分析计算结果可知，最⼤主拉应⼒出现在中⽀点截⾯，为-1.013 MPa，⼩于容许值-1.325 MPa，满⾜规范要求。4.2.4施⼯阶段应⼒验算

根据规范[4]第7.2.，在施⼯阶段荷载作⽤下，混凝⼟受弯构件截⾯边缘的法向应⼒应满⾜：压应⼒σCC ≤0.7f ck '；拉应⼒σct ≤0.7f tk '。验算结果见表4。表4 施⼯阶段应⼒验算表

由表4可知，施⼯阶段法向压应⼒与法向拉应⼒均⼩于规范容许值，满⾜规范要求。4.2.5 正截⾯压应⼒验算

根据规范[4]第7.1.5条的规定，应对预应⼒混凝⼟受弯构件正截⾯压应⼒进⾏验算，且符合下式规定：σkc -σpt ≤0.5f ck ，验算结果见表5。

表5 正截⾯压应⼒验算表

由表5可知，正截⾯压应⼒⼩于规范容许值，满⾜规范要求。4.2.6 斜截⾯压应⼒验算

根据规范[4]第7.1.6条的规定，应对预应⼒混凝⼟受弯构件在作⽤标准值和预加⼒作⽤下产⽣的混凝⼟主压应⼒进⾏验算，且符合下式规定：

σcp ≤0.6f ck 。分析计算结果可知，斜截⾯最⼤主压应⼒13.525 MPa，⼩于容许值19.44 MPa，满⾜规范要求。4.2.7 主梁挠度验算

根据程序计算可知，正常使⽤极限状态结构由汽车荷载引起的竖向变形最⼤为-15.2 mm。按规范[4]6.5.3 条规定，当采⽤C40~C80 混凝⼟时，挠度长期增长系数ηθ＝1.45~1.35，C50 混凝⼟按直线内插得ηθ＝1.4。

由计算可知，消除构件⾃重的长期挠度的跨中最⼤值为：f max =1.425×15.2 mm=21.7 mm，⼩于计算跨径80 m×1/600＝133mm，挠度验算满⾜规范要求。5?结语

本⽂结合港窑路跨三峡⾼速⾼架桥⼯程实例，从纵桥

向和横桥向尺⼨拟定及预应⼒钢束布置等⽅⾯阐述了预应⼒混凝⼟变截⾯连续梁桥设计过程中的⼀些要点，并采⽤有限元分析软件midas civil2012进⾏了计算分析，结构尺⼨合理，受⼒安全可靠，满⾜规范要求。参考⽂献

[1] 中国市政⼯程中南设计研究总院有限公司.宜昌市港窑路（桔乡路-峡州⼤道）市政⼯程施⼯图设计⽂件[Z].[2] 宋建嫱.⼤跨径预应⼒混凝⼟变截⾯连续梁桥设计[J].中国⽔运（下半⽉），2012，12（11）：200-201，259.[3] 赵永刚 韩⽂涛 于振刚.超长联预应⼒混凝⼟连续梁设计[J].中外公路，2013，2（19）：144-147.

[4] 中交公路规划设计院有限公司.公路钢筋混凝⼟及预应⼒混凝⼟桥涵设计规范：JTG 3362—2018 [S].北京：⼈民交通出版社股份有限公司，2018.

作者简介：刘学谦，硕⼠，⼯程师，研究⽅向为桥梁⼯程设计。截⾯位置γ0Md Md

边跨71 570.669181 113.083⽀点-715 431.2-919 506.663中跨168 048.971256 7.360⽀点-715 699.404-919 506.663边跨71 492.7163 655.767

/(kN·m)

截⾯位置应⼒最⼩值应⼒容许值截⾯上缘

-1.298-1.855截⾯下缘-0.144-1.855/MPa

截⾯位置应⼒最⼩值应⼒容许值截⾯上缘 2.2230截⾯下缘2.316

/MPa 项⽬应⼒值应⼒容许值最⼤压应⼒

12.74418.144最⼤拉应⼒-0.671-1.484/MPa

截⾯位置应⼒最⼤值应⼒容许值截⾯上缘13.52516.200截⾯下缘12.72716.200/MPa