特载汽车荷载下预应力砼小箱梁的结构设计初探

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摘要：为研究特载对桥梁结构设计的影响，文中通过利用公路I级与汽-260级作为汽车荷载，并考虑不同作用组合下的内力与应力分析对比来探讨特载汽车荷载下预应力混凝土简支箱梁结构设计。

关键词：公路I级 汽-260级 结构 弯矩 应力

Abstract: in order to research the special load on bridge structure design, this paper through the use of highway grade I and steam -260 as a load of the motor, and considering the different effects of combination of internal force and stress analysis of special carrier vehicle load of prestressed concrete simply supported box beam structure design.

Key words: Highway level I；Steam - grade 260；Structure；Bending moment；Stress

中图文分类号：TU997 文献标识码：A

一、工程概况

本项目位于某滨海工业区的城市主干道上，道路为双向四车道，该道路主要连接城市各主要分区，以交通功能为主，同时为道路附近的集装箱重件海港码头服务。桥梁跨现状排洪河流，现状河道宽32m，为避免影响泄洪断面，桥梁跨径采用33m。

设计标准及桥梁设计概况

该工程设计行车速度为40Km/h；根据规划需要，道路服务于附近海港码头，车辆荷载须考虑特载车辆，本桥设计荷载采用重型自卸汽车车队汽-260级，人群荷载为3.5Kpa。桥梁横断面布置为3米人行道+16米车行道（双向四车道）+3米人行道=22米。桥梁横断面布置图如下：

本桥梁采用后张法部分预应力混凝土A类构件设计。结构形式为单跨33m预制预应力混凝土小箱梁，结构形式为简支梁结构，桥宽22米，桥梁横断面由8片梁组成。预应力混凝土简支小箱梁梁体材料采用C50砼，梁高为2.0m，普通中梁宽为2.4m，边梁悬臂0.86m。

结构设计及分析

3.1结构设计

根据《厂矿道路设计规范》GBJ22-87中5.5中规范条文，行驶重型自卸汽车的厂矿道路双车道桥涵荷载标准，宜采用计算荷载，并不考虑验算荷载。本桥梁工程为服务附近码头区重型车辆的通行，本桥梁采用计算荷载是重型自卸汽车车队汽-260级，公路I级荷载，人行道荷载采用3.5Kpa。汽-260级纵向排列、横向布置如下图：

汽-260级纵向车队布置单位：米

汽-260级 横向布置单位：米

3.2荷载横向分布系数计算

对于简支梁结构，为了更好、更方便地模拟受力情况，一般采用荷载横向分布系数模拟荷载分布规律。为使荷载横向分布的计算能更好的适应各种类型的结构特性，需要按不同的横向结构简化计算模型拟定出相应的计算方法。目前比较常用的荷载横向分布系数计算方法有：杠杆原理法、偏心压力法、横向铰接板法、横向刚接梁法、比拟正交异性板法。

3.3结构计算

本项目桥梁利用桥梁博士3.2进行平面杆系建模分析单梁的受力情况，并综合对汽车荷载汽-260级、公路I级、空载进行最不利工况验算。

3.3.1内力对比

通过公路I级与汽-260级两种汽车荷载对桥梁结构中梁和边梁的内力计算，并进行承载力极限状态下相对应的对比。

汽-260为汽车荷载内力图：

中梁汽-260级弯矩图（单位KNm）

边梁汽-260级弯矩图（单位KNm）

公路I级为汽车荷载内力图：

中梁公路I级弯矩图（单位KNm）

边梁公路I级弯矩图（单位KNm）

上述的数据可以得知，汽-260级汽车荷载弯矩比公路I级要大，承载力要求更高，按照一般公路I级荷载标准原来梁高已不能满足强度要求，设计在结构分析调试下优化结构尺寸，为满足规范要求的承载力强度的规范值，本桥梁结构梁高由一般1.6m增加到2m，并增加预应力配束。

3.3.2 应力对比

本桥梁结构通过提高梁高，增大腹板厚度，并重新设计增加预应力钢束，来提高规范要求的强度、应力要求。以下通过公路I级与汽-260级不同汽车荷载下相对应组合效应下的应力对比。

总结

综合上述的结构分析的内力及应力结果，可以得知汽-260级汽车荷载比公路I级荷载要大得多，汽-260级作为计算荷载，对于桥梁结构的荷载效应也是相当的大，要确保桥梁结构在作用组合下满足应力、强度要求，需通过提高桥梁截面高度和抗弯惯性矩、配置更多的预应力钢束来实现，同时因为汽-260级作为计算荷载使得预应力用量比一般公路I级要大得多，造成截面上缘应力较小，所以需要验算空载工况下的上缘应力是否满足设计规范的要求。对于有特殊荷载的桥梁结构，设计应考虑周全，从各个对结构最不利情况的荷载组合考虑，并优化设计，使得桥梁结构不仅满足安全又经济。

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