55m+90m+55m变截面连续箱梁的计算分析
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摘 要：大跨度预应力混凝土变截面连续箱梁具有结构刚度大，行车舒适，线形简洁美观等优点，特别是悬臂挂蓝施工工艺的日益完善，使得此类桥梁的在跨越山谷、河道、及公路时，由于无需搭设昂贵的支架，往往成为桥梁方案的首选。本文结合余姚市兰江大桥55m+90m+55m变截面连续箱梁的设计，介绍了应用midas civil有限元软件对该类桥型的建模分析过程，并总结了设计过程中的一些经验，可供同类桥梁设计作参考。
中图分类号：U448.14文献标识码：A 文章编号：
1 工程概况
兰江大桥所跨姚江为限制性Ⅳ级航道，通航净宽55m，净高7m，设计最高通航水位1.32m（国家85高程），河道与路线交角为100°，桥梁采用正交布置。本桥平面位于直线上，纵面位于R=6500m的凹形竖曲线和R=5000m的凸形竖曲线上。
图1 主桥立面布置图
2 主桥箱梁设计
2.1 箱梁构造尺寸
主桥上部结构为（55+90+55）m三跨PC变截面连续箱梁，由上、下行分离的两个单箱双室箱型截面组成。单个箱体顶板宽18.25m ，厚0.28m，设2%的横坡；底板宽12.00m，厚度由0.28m从跨中至距主墩中心3.25m范围按1.8次抛物线变化成0.7m，横桥向底板保持水平；箱梁根部梁高5.5m，跨中梁高2.5m，箱梁梁高从距跨中2.5m至距主墩中心1.75m处按1.8次抛物线变化；腹板厚度1～7号块为0.70m，10～13号块为0.50m，在8～9号块件范围内由0.65m按直线变化到0.45m；翼缘板悬臂长为3.125m，端部厚0.18m，根部厚0.65m。除在主墩墩顶设置一道厚2.5m的横隔板，边跨端部设厚1.5m的横梁外，其余部位均不设横隔板。中支点及跨中截面分别见图2、图3。
图2 中支点截面示意图
图3 跨中截面示意图
2.2 箱梁预应力
a、纵向预应力钢束：纵向预应力钢束设置了顶板束（T）、腹板下弯束（F）、边跨底板束（B）、中跨底板束（Z）及边跨合拢束（H）四种，纵向预应力分别采用12φs15.2和17φs15.2，张拉控制应力1376.4MPa。
b、横向预应力钢束：横向预应力钢束采用BM15-3扁锚体系，采用单端张拉，张拉控制应力1350MPa，单束控制张拉力为563kN。
c、0号块横隔板横向预应力采用BM15-4扁锚体系，采用单端张拉，张拉控制应力1350MPa，单束控制张拉力为750.6kN。
d、箱梁竖向预应力、主墩临时固接及采用JL32精轧螺纹钢筋。
3 结构纵向受力分析
3.1 技术标准
3.1.1设计荷载：公路-Ⅰ级；
3.1.2单幅桥面宽： 0.5景观栏杆+4.5m辅车道+0.5m机非硬隔离+12.25m行车道+0.5m防撞护栏=18.25m。
3.1.3环境类别：Ⅰ类。
3.2 主要材料
主梁采用C55混凝土；预应力采用低松弛钢绞线。
3.3.1主要材料及指标：混凝土、钢材、钢绞线等均按规范要求或其它资料要求取值。
3.3.2一期恒载：主梁混凝土重量26KN/m3，按实际断面计算重量。
3.3.3二期恒载：二期恒载为桥面铺装、防撞护栏等，汇总后的重量60KN/m。
3.3.4挂篮：700KN。
3.3.5冲击系数： 0.05。
3.3.6温度影响力： a、体系升温20℃ b、体系降温20℃ c、按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）第4.3.10条计算主梁梯度温度。
3.3.7支座沉降：每组支座不均匀沉降10mm。
3.3.8徐变收缩：收缩龄期为3天;由程序自动计算各构件的理论厚度。
3.4 模型建立
图4 计算模型图
模型节点数量：103。单元数量：74。边界条件数量：8
全桥施工阶段数量：16 ，施工阶段步骤如下：
3.5 主要计算结果
3.5.1正截面抗弯承载能力验算：
成桥弯矩图（kN-m）
全桥最大弯矩出现在22号单元（桥墩墩顶处）：
3.5.2斜截面抗剪承载能力验算：
成桥剪力图（kN）
全桥最大剪力出现在22号单元（桥墩处）：
3.5.3正截面混凝土法向压应力验算：
正截面混凝土法向压应力验算结果图形
按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）第7.1.5条验算:满足要求。
3.5.4斜截面混凝土主压应力验算：
正截面混凝土法向压应力验算结果图形
按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）第7.1.6条验算: 满足要求。
3.5.5短暂状况构件应力验算
按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）第7.2.8条验算：满足规范要求。
4 结语
4.1 midas civil是国内较为流行的桥梁三维软件，与平面杆系软件相比，能体现预应力钢束、汽车的空间位置，分析相应扭矩，提高设计计算精度。
4.2在建模过程中，由于对满堂支架边界条件处理时，只提供节点DZ方向的支撑，缺少DX、DY、RX、RZ方向的约束，造成计算结果奇异，读者应引以为鉴。
4.3 大跨度变截面连续箱梁往往采用的是三向预应力体系，设计时应注意纵向、横向、竖向预应力钢筋的布置位置，避免出现互相冲突的情况，影响施工的可操作性。
4.4 连续箱梁腹板变厚处宜设计在L/4处以抵抗主梁的抗剪（L为主跨跨径）。
参考文献：
[1] 预应力混凝土连续梁桥设计 人民交通出版社.
[2] JTG D60-2004.公路桥涵设计通用规范.
[3] JTG D62-2004.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范
[4] 桥梁工程（上、下册）范立础主编 人民交通出版社..
作者简介：陈家坷（1983-），男，浙江余姚人，工程师，从事公路桥梁设计工作