浅谈连续刚构受力分析

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摘要：本文以某连续刚构桥为研究对象，采用平面杆系理论对其进行受力分析，为同类型桥梁的设计计算提供参考。

关键词：连续刚构；受力分析；变形

中图分类号：K928.78文献标识码：A文章编号：

预应力混凝土连续刚构桥具有良好的受力性能，是许多高墩大跨桥梁的首选方案，但其受力情况较为复杂，在设计过程中应尽量考虑结构尺寸及配束对桥梁合理性的影响，下面结合一座三跨连续刚构桥，简要介绍连续刚构桥上部结构的受力分析。

1.工程简介

场地大致上为较狭窄河谷，桥址跨越一“V”形河谷，切割深度约183米，桥址所在区域地势较陡，地形起伏高差较大。主桥采用(80+150+80)m三跨预应力混凝土连续刚构箱梁跨越该河谷。

上部结构尺寸：箱梁根部高度9.2m，跨中高度3.2m，箱梁根部底板厚90cm，跨中底板厚32cm，箱梁高度以及箱梁底板厚度按2.0次抛物线变化。箱梁腹板根部厚70cm，跨中厚50cm。箱梁顶板厚度28cm，0号节段顶板厚48cm。箱梁顶宽10.0m，底宽6.0m，顶板悬臂长度2.0m。边、中跨合龙段长均采用2.0m，边跨现浇段长4m，采用三向预应力设计。

2.结构离散图

结构静力计算分析采用平面杆系理论，采用《桥梁静力线性计算程序QJX》进行计算。

结构离散图见图1

图1 结构离散图

3.计算工况及组合

3.1 永久作用

3.1.1一期恒载

主桥上构采用C50混凝土，容重为2.625t/m3，程序自动计入自重，横梁以集中力形式计入。

3.1.2二期恒载

桥面铺装：1.944 t/m

桥面现浇层: 2.08t/m

护栏（两侧）：1.508t/m

二期恒载共：5.532t/m

3.1.3预加力：预应力钢绞线采用公称直径Фs15.2mm低松弛钢绞线。

3.1.4混凝土收缩及徐变作用：按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）计算，相对湿度系数取0.80。

3.1.5基础变位：主墩基础沉降为2cm，边墩基础沉降为1cm，按照隔墩沉降组合。

3.2 可变作用

3.2.1汽车荷载：公路-Ⅰ级

横向分配系数：2.3

活载冲击系数按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）中计算方法计算，活载冲击系数为：1.05。

汽车制动力按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）中计算方法计算，并分两种方向施加参与组合。

3.2.2风力按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）中计算方法计算，与汽车荷载组合时，桥面处风力取25m/s,分两种方向施加于主墩墩身单元参与组合。

3.2.3体系升温按24℃考虑，体系降温按-23℃考虑，梯度温度模式按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）中计取。

3.3 效应组合

组合一：恒载+汽车活载

组合二：恒载+汽车活载+体系升温+梯度升温+支座沉降+风力+汽车制动力

组合三：恒载+汽车活载+体系降温+梯度降温+支座沉降+风力+汽车制动力

4.计算结果

4.1 持久状况承载能力极限状态验算

表1 荷载组合值效应及承载力关系(t·m)

表中仅计入预应力钢筋的承载能力，各截面抗弯承载能力均满足规范要求。

4.2 抗裂性验算

4.2.1正截面抗裂性验算

全预应力混凝土构件，在作用短期效应组合下，不允许出现拉应力，荷载短期效应组合下正截面应力最大、及最小值见表2。

表2 荷载短期效应组合值（Kg/ Cm2）

表中数值正值为压应力，负值为拉应力。由表中数据可以看出，截面满足规范要求。

4.2.2斜截面抗裂性验算

全预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下，现场浇筑（包括预制拼装）构件σtp≤0.4ftk＝0.4×2.74＝1.09MPa=10.9Kg/Cm2。

结构斜截面抗裂性验算以结构短期荷载效应组合下的主拉应力大小为判据。经计算，考虑温度荷载效应，分别对应车辆荷载最小剪力和最大剪力下，本桥采用短期效应组合时的截面六点最大主拉应力见表3。

表3 六点最大主拉应力（Kg/ Cm2）

表中数值正值为压应力，负值为拉应力。由表中数据可以看出，本桥的主拉应力满足规范规定的要求。

4.3 主压应力验算

混凝土的主压应力应符合σcp≤0.6fck=0.6×32.4=19.44MPa=194.4Kg/ Cm2。

营运阶段考虑温度荷载效应，分别对应车辆荷载最小剪力和最大剪力下，本桥截面六点最大主压应力分见表4。

表4 六点最大主压应力（Kg/ Cm2）

表中数值正值为压应力，负值为拉应力。由表中数据可以看出，本桥的主压应力满足规范规定的要求。

4.4 使用阶段应力验算

使用阶段受压区混凝土的最大压应力应小于0.5倍混凝土强度标准值：

未开裂构件应满足σkc+σpt≤0.5fck=0.5×32.4=16.2Mpa=162Kg/ Cm2，持久状况下正截面应力见表5。

表5 持久状况下截面压应力（Kg/ Cm2）

由以上计算结果可知，在运营阶段出现的压应力都小于16.2MPa，满足规范要求。

4.5 结构变形验算

结构必须具备足够的刚度以保证结构的变形在规范规定的正常使用的最大变形范围内。本桥的变形验算主要考虑各跨的跨中挠度。

经计算，活载作用下，主梁各控制截面的最大竖向位移列于表6。

表6 主梁各跨最大竖向位移（取绝对值最值）

由表中数据可以看出，本桥各位移控制截面的节点位移满足规范规定的最大变形量要求。

4.6 支反力

本桥的结构支反力取各分项荷载标准值组合下各支点最大反力值，经计算，本桥各支座的支反力列于表7。

表7 支反力列表

在进行墩设计时，应迭加相临桥跨在相应部位产生的支反力。

5.计算结论

以上计算结果可以看出，本桥满足规范对全预应力混凝土构件有关承载能力极限状态和正常使用极限状态下的设计要求。

6.结语

随着西部大开发的推进，公路交通网得到了迅速的发展。许多穿越山区的高等级公路沿线地形起伏较大，大跨径桥梁越来越多，在目前预应力混凝土技术及悬臂施工方法已相当成熟的前提下，预应力混凝土连续刚构桥不失为受力合理、施工方便、适应性强的一种桥型方案。

参考文献：

[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]王逸东.浅析连续刚构设计[J].广东职业技术学院学报,2008,7(1):31-33.

[4]邵旭东,程翔云,李立峰.桥梁设计与计算[M].北京:人民交通出版社.