预应力混凝土连续梁桥设计分析

　　摘要：目前的桥梁建设中，预应力混凝土连续梁桥的应用越来越广泛。本文介绍了渭河特大桥跨南北大堤连续梁桥的设计，这是一座采用满堂支架法法施工、三跨变截面设计的连续梁桥，对设计计算进行了比较详细的分析，得出了一些设计经验。

　　关键词：预应力混凝土; 设计; 连续梁桥

　　预应力混凝土连续梁桥是大跨径桥梁的主要桥型之一，它能充分发挥高强材料的特性，具有可靠的强度、刚度以及抗裂性能，具有变形小、结构刚度好、行车平顺舒适，伸缩缝少，养护简易，抗震能力强等优点。

　　韦庄至罗敷高速公路是陕西省“2367”高速公路网规划中榆商线的重要组成路段，也是已建成的连霍高速与京昆高速之间的联络线之一。渭河特大桥为全线惟一一座特大桥，为陕西省内跨渭河最长的公路桥梁，桥梁全长4457米，主桥上部结构采用50+75+50m预应力混凝土连续梁桥。

　　一、设计技术标准

　　公路等级：一级公路;

　　设计行车速度：100公里/小时;

　　桥面宽度12.9m：0.5m(防撞护栏)+11.5m(车行道)+0.9m(防撞护栏)，桥面设双向2%横坡;

　　设计荷载：公路―Ⅰ级;汽车制动力等按规范取值;

　　设计温度：系统温度±20度，温度梯度采用规范取值;

　　地震：基本烈度为Ⅷ度，地震动峰值加速度值： 0.25g;

　　设计洪水频率：1/300。

　　二、结构形式

　　图2.1 渭河特大桥主桥结构形式图

　　2.1上部结构截面布置

　　图2.2 跨中断面

　　图2.3 根部断面

　　2.2预应力体系

　　腹板、顶板、边跨顶、底板合拢索及中跨底板合拢索纵向预应力钢束采用19-φs15.2，顶板横向预应力钢束采用3-φs15.2。

　　三、设计荷载

　　① 一期恒载：预应力混凝土容重取2.6t/m3，主梁按实际断面取值，横隔板、齿板以集中力计入。

　　② 二期恒载：包括护栏、桥面铺装等。

　　③ 活载： 公路-Ⅰ级。

　　④ 温度梯度：主梁顶、底板日照温差按照《公路桥涵设计通用规范》4.3.10条规定取值计算;

　　整体升降温按照±20℃考虑。

　　⑤支座沉降：主墩20mm，边墩10mm。

　　⑥冲击系数：按照《公路桥涵设计通用规范》4.3.2计算求得μ=0.06。

　　四、计算分析

　　4.1内力组合计算结果

　　图4.1恒载+附加力+活载弯矩包络图

　　图4.2 恒载+附加力+活载剪力包络图

　　4.2持久状态极限承载能力验算

　　表4.1 持久状况承载能力极限状态正截面抗弯验算(单位：KN.m)

　　位置 最大/最小 组合名称 rMu Mn

　　边跨跨中 最大 组合10 59554.2 72142.8

　　最小 组合9 -4432.9 69648.0

　　1#主墩墩顶 最大 组合10 -156762.0 425321.5

　　最小 组合9 -283868.1 425321.5

　　中跨跨中 最大 组合10 109371.6 121044.2

　　最小 组合9 40517.3 121044.2

　　2#主墩墩顶 最大 组合10 -156889.0 425321.5

　　最小 组合9 -284011.1 425321.5

　　最大/最小：不同荷载组合产生的截面弯矩的最大、最小值

　　rMu：r×Vd(重要性系数×最大弯矩组合) Mn：结构抗弯承载能力

　　可见，上部箱梁持久状态极限承载能力验算满足规范要求。

　　4.3持久状态正常使用极限状态抗裂验算

　　预应力混凝土受弯构件为满足正常使用极限状态，应进行正截面和斜截面抗裂验算。

　　①正截面抗裂验算

　　表4.2 短期荷载效应下主梁正截面抗裂验算 (单位：Mpa)

　　位置 荷载组合名称 截面上端最小应力 最小应力 容许拉应力

　　截面下端最小应力

　　边跨支点 组合3 0.36 0.36 0

　　5.96

　　边跨跨中 组合3 1.94 1.94 0

　　7.61

　　1#主墩墩顶 组合3 1.92 1.92 0

　　9.32

　　中跨跨中 组合10 8.56 1.13 0

　　1.13

　　2#主墩墩顶 组合3 2.07 2.07 0

　　9.28

　　注：表中正值表示压应力，负值表示拉应力。

　　规范强制性条款6.3.1，对于全预应力混凝土受弯构件，在短期效应组合下不允许出现拉应力。最不利状态下截面最小压应力为0.36 MPa，满足规范要求。

　　②斜截面抗裂验算

　　表4.3 短期荷载效应下主梁斜截面抗裂验算 (单位：Mpa)

　　位置 组合名称 主拉应力值最大值 容许主拉应力

　　边跨支点 组合10 -0.80 -1.06

　　边跨跨中 组合8 -0.19 -1.06

　　1#主墩墩顶 组合10 -0.98 -1.06

　　中跨跨中 组合10 -0.06 -1.06

　　2#主墩墩顶 组合10 -0.96 -1.06

　　注：表中正值表示压应力，负值表示拉应力。

　　最不利状况下，截面主拉应力最大值为0.98MPa，出现在主墩墩顶截面。规范规定全预应力构件主拉应力不允许超过0.4ftk=1.06MPa，满足规范要求。

　　4.4持久状况正截面法向压应力验算

　　按持久状况设计的预应力混凝土受弯构件，应计算其使用阶段正截面混凝土法向压应力。

　　表4.4 主梁正截面压应力验算 (单位：Mpa)

　　位置 组合名称 截面上端最大应力 最大压应力 容许压应力

　　截面下端最大应力

　　边跨支点 组合8 3.72 7.92 16.20

　　7.92

　　边跨跨中 组合10 10.38 10.38 16.20

　　2.63

　　1#主墩墩顶 组合10 11.54 11.54 16.20

　　5.31

　　中跨跨中 组合10 10.52 10.52 16.20

　　1.69

　　2#主墩墩顶 组合10 11.59 11.59 16.20

　　5.30

　　注：表中正值表示压应力，负值表示拉应力。

　　①截面法向压应力

　　规范条款7.1.5-1，对于全预应力混凝土受弯构件，在作用标准值组合下，σkc+σpt≤0.5fck=16.20MPa，最不利状态下截面最大压应力为14.95 MPa，满足规范要求。

　　4.5持久状态斜截面混凝土的主压应力验算。

　　① 按持久状况设计的`预应力混凝土受弯构件，应计算其使用阶段斜截面混凝土主压应力。

　　表4.5 主梁斜截面主压应力验算 (单位：Mpa)

　　位置 组合名称 主压应力值最大值 容许主压应力

　　边跨支点 组合8 7.92 19.44

　　边跨跨中 组合10 10.73 19.44

　　1#主墩墩顶 组合10 11.54 19.44

　　中跨跨中 组合10 10.52 19.44

　　2#主墩墩顶 组合10 11.59 19.44

　　注：表中正值表示压应力，负值表示拉应力。

　　规范条款7.1.6-1，对于预应力混凝土受弯构件，在作用标准值组合下，σcp≤0.6fck =19.44MPa。最不利活载下主压应力为14.95MPa，满足规范要求。

　　综上，桥梁的上部结构验算满足规范要求。

　　五、结语

　　预应力混凝土连续梁桥的设计与其施工方法有着紧密的联系，不同的施工方法，在施工各阶段的内力也不同，对连续梁桥，结构设计必须考虑施工方法、施工内力与变形而施工方法的选择也应符合设计的要求。

　　渭河特大桥于2023年6月动工，于2023年10月竣工。建成后，将为沿线经济发展做出重要贡献，并与周围景观相协调，实现经济性和美观性的统一。

　　参考文献：

　　[1] 范立础.预应力混凝土连续梁桥[M].人民交通出版社，2001

　　[2] 范立础主编.桥梁工程(上册)[M]，人民交通出版社，2001

　　[3] JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范，人民交通出版社，2004

　　[4] JTG D60-2004，公路桥涵设计通用规范，人民交通出版社，2004

　　[5] 徐岳、王亚君、万振江.预应力混凝土连续梁桥设计[M].人民交通出版社，2000