韓靈杰，唐華瑞

（1.鄭州科技學(xué)院，河南鄭州450064；2.鄭州工商學(xué)院，河南鄭州451400）

現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁承載力分析

韓靈杰1，唐華瑞2

（1.鄭州科技學(xué)院，河南鄭州450064；2.鄭州工商學(xué)院，河南鄭州451400）

杭州灣跨海大橋杭甬高速連接線全線為高架橋，針對其主橋上部結(jié)構(gòu)5跨（2×30m＋40m＋2×30m）現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土單箱多室非對稱且變寬整體連續(xù)箱梁橋，用有限元軟件MidasCivil建立箱梁結(jié)構(gòu)模型，計(jì)算了支座反力，驗(yàn)算了主梁的抗彎性、抗剪性和正截面的抗裂性。

杭甬高速連接線；高架橋；預(yù)應(yīng)力混凝土；連續(xù)箱梁；承載力

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁是目前使用較多的橋梁結(jié)構(gòu)形式之一［1］。國內(nèi)外研究人員針對現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁開展了大量的模型試驗(yàn)和結(jié)構(gòu)理論研究，但對單箱多室非對稱且變寬整體連續(xù)箱梁的結(jié)構(gòu)分析及現(xiàn)澆連續(xù)箱梁的橫梁和橋墩的研究相對較少，對橋墩施工階段的結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，以及預(yù)張拉和終張拉前、后對箱梁現(xiàn)澆段應(yīng)力跟蹤測試研究相對更少［2～4］。為了保證施工質(zhì)量，確保橋梁的安全和穩(wěn)定，對現(xiàn)澆連續(xù)箱梁的結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行分析已成為一個(gè)重要的課題。

1 工程概況

杭州灣跨海大橋杭甬高速連接線公路工程（余夫公路至小曹娥互通段）起點(diǎn)位于余姚市馬渚鎮(zhèn)大施巷東、余夫公路（S319）北側(cè)，接跨海大橋杭甬高速連接線第一段高架橋設(shè)計(jì)終點(diǎn)，終點(diǎn)位于小曹娥鎮(zhèn)符丁五丘東，接規(guī)劃的杭甬高速公路復(fù)線小曹娥互通段，路線長度為17.9 km。該工程是浙江省“兩縱兩橫十八連三繞三通道”高速公路網(wǎng)中杭州灣寧波通道的重要組成部分。它既是寧波市高速公路骨架路網(wǎng)中“三連”中的“一連”，也是余慈地區(qū)快速路網(wǎng)中“一環(huán)”的西環(huán)線。項(xiàng)目建成后，將完善寧波市高速公路骨架路網(wǎng)。同時(shí)，將構(gòu)筑上海、嘉興等地與余姚市、寧波市及溫州市等地區(qū)間的第二高速公路通道。

這段高速連接線全線是高架橋，寬度為25.5m，橋面鋪裝采用4 cm厚的SMA－13型瀝青馬蹄脂碎石＋6 cm厚的SMA－16型瀝青馬蹄脂碎石，瀝青混凝土與防水混凝土間設(shè)置防水層。高架橋上部結(jié)構(gòu)分段采用現(xiàn)澆箱梁和內(nèi)外懸臂不對稱的分幅整體預(yù)制箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用花瓶式墩、群樁基礎(chǔ)加承臺。由于本工程全線長度大，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，筆者選取第13聯(lián)5跨（2×30m＋40m＋2×30m）現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁進(jìn)行承載力分析。

2 現(xiàn)澆連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)主要材料和計(jì)算模型

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

選取的第13聯(lián)5跨（2×30m＋40m＋2×30m）預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁的斷面形式為單箱五室斜腹板斷面，斷面全寬為29.665～38.924m，梁高均為2.35m，其結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

2.2 主要材料

主梁混凝土的強(qiáng)度等級為C50，鋼筋類型為HRB400。預(yù)應(yīng)力體系采用φs15.2高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，公稱直徑為15.2mm，公稱截面積為140mm2，其標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1 860MPa，性能符合《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》（GB／T5224－2003）標(biāo)準(zhǔn)。錨具、錨墊板、波紋管、錨下螺旋箍筋均采用其配套產(chǎn)品。波紋管采用塑料波紋管。采取真空輔助壓漿工藝。

圖1 箱梁結(jié)構(gòu)模型示意圖Fig.1 Box girder structure model

本橋上部結(jié)構(gòu)主要材料用量指標(biāo)如表1所示。

2.3 計(jì)算模型

橋梁上部結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力布置立面圖與結(jié)構(gòu)模型立面圖如圖2～圖3所示。

表1 箱梁上部結(jié)構(gòu)主要材料用量指標(biāo)Tab.1 The main material utilization amount of box girder topside structure

圖2 箱梁上部結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力布置立面圖Fig.2 The vertical view of box girder topside structu re p restress ar rangement

圖3 箱梁上部結(jié)構(gòu)模型立面圖Fig.3 The vertical view of box girder topside structure

3 現(xiàn)澆連續(xù)箱梁受力分析［5］

3.1 現(xiàn)澆連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)支座反力計(jì)算

本橋各橋墩采用球型支座，每個(gè)橋墩設(shè)置多個(gè)支座。57?！?2＃墩采用的支座型號如表2所示。

經(jīng)計(jì)算，在不同作用下，57＃～62＃墩上不同位置支座反力值如表3所示。

表2 57#～62#墩支座類型Tab.2 Bearing type of 57＃～62＃pier

表3 57#～62#墩上不同位置的支座反力Tab.3 D ifferent positions suppor t pressure of 57?！?2＃pier

由表2和表3可知，橋墩所采用的支座承載力能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 主梁抗彎和抗剪驗(yàn)算

主梁按承載能力極限狀態(tài)組合的彎矩和剪力包絡(luò)圖及對應(yīng)的抗力圖如圖4和圖5所示。圖中，剪力的單位為kN，彎矩單位為kN·m。

由圖4和圖5可知，主梁各截面的正截面抗彎驗(yàn)算、斜截面抗剪驗(yàn)算均滿足要求。

圖4 主梁承載能力組合彎矩包絡(luò)圖及對應(yīng)抗力圖Fig.4 Girder carrying capacity combined bending m om ent envelope and corresponding resistance

圖5 主梁承載能力組合剪力包絡(luò)圖及對應(yīng)抗力圖Fig.5 Girder carrying capacity combined shearing force envelope and corresponding resistance

3.3 正截面抗裂驗(yàn)算

主梁按A類構(gòu)件進(jìn)行正截面抗裂驗(yàn)算時(shí)，在作用短期效應(yīng)組合和長期效應(yīng)組合下的正截面拉應(yīng)力包絡(luò)圖如圖6～圖9所示。圖中，應(yīng)力單位為MPa，以拉應(yīng)力為正、壓應(yīng)力為負(fù)。

圖6 短期效應(yīng)組合主梁上緣最大拉應(yīng)力包絡(luò)圖Fig.6 The short－term effect of combined girder’s upper margin maximum tension stress envelope

圖7 短期效應(yīng)組合主梁下緣最大拉應(yīng)力包絡(luò)圖Fig.7 The short－term effect of combined girder’s lower margin m axim um tension stress envelope

圖8 長期效應(yīng)組合主梁上緣最大拉應(yīng)力包絡(luò)圖Fig.8 The long－term effect of combined girder’s upper m argin maximum tension stress envelope

圖9 長期效應(yīng)組合主梁下緣最大拉應(yīng)力包絡(luò)圖Fig.9 The long－term effect of combined girder’s lower margin maximum tension stress envelope

由圖6～圖9可得，在短期效應(yīng)作用下，主梁上緣未出現(xiàn)拉應(yīng)力，下緣未出現(xiàn)拉應(yīng)力；主梁上、下緣按長期效應(yīng)組合時(shí)，未出現(xiàn)拉應(yīng)力。因此，主梁滿足規(guī)范對于A類預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的正截面抗裂要求。

4 結(jié)語

通過有限元軟件midas Civil對具有代表性的5跨現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土單箱多室非對稱且變寬整體連續(xù)箱梁建立結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行了主梁的研究分析，由計(jì)算分析可知，主梁總體計(jì)算的承載能力、抗裂性及施工運(yùn)梁短暫狀態(tài)下的應(yīng)力水平均能滿足規(guī)范要求。

［1］范立礎(chǔ).橋梁工程：上冊［M］.2版.北京：人民交通出版社，2012：3-5.

［2］郭金瓊，房貞政，鄭振.箱形梁設(shè)計(jì)理論［M］.北京：人民交通出版社，2008：2-10.

［3］余德孫.某混凝土連續(xù)箱梁橋病害分析［D］.武漢：湖北工業(yè)大學(xué)，2013.

［4］呂志濤，潘鉆峰.大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題［J］.土木工程學(xué)報(bào)，2010，43（1）：70－76.

［5］宮亞峰，畢海鵬，李祥輝.箱梁橫隔梁計(jì)算方法研究［J］.中外公路，2010，30（4）：140－144.

[責(zé)任編輯 楊明慶]

U441.2

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10.13681/j.cnki.cn41－1282/tv.2016.03.008

2016－05－16

韓靈杰（1982－），男，河南靈寶人，講師／工程師，碩士，主要從事道路與橋梁工程的教學(xué)與研究工作。