沙 嵩

（華設設計集團股份有限公司，江蘇 南京 210000）

預應力混凝土連續(xù)箱梁以其自身具備的諸多特點，在橋梁工程項目建設中得到廣泛應用。為確保此類橋梁的結構安全性和穩(wěn)定性，并進一步延長使用年限，應當對結構加以合理設計。具體設計時，應當對各方面因素加以充分考慮，并選擇適宜的計算方法，確保設計質(zhì)量。

1 工程概況

某公路橋梁工程項目為互通立體式交叉橋，一期工程主要是三座匝道橋建設，其中A匝道橋的上部結構為預應力混凝土連續(xù)箱梁，下部為柱式墩，基礎為鉆孔灌注樁基礎。工程所在地為大陸性季風氣候區(qū)，春季風大、夏季多雨，最大風速為20m/s。由于匝道橋的質(zhì)量與設計密切相關，故此必須保證結構設計的科學性與合理性。

2 預應力混凝土連續(xù)箱梁橋梁結構設計

2.1 設計計算的主要內(nèi)容

在預應力混凝土連續(xù)箱梁的設計過程中，主要的計算內(nèi)容包括以下方面：結構內(nèi)力和次內(nèi)力、內(nèi)力組合、預應力鋼束的計算、強度及應力等。計算完畢后，要對以下方面進行驗算：承載力極限狀態(tài)正截面以及斜截面的強度、投用后混凝土和鋼束的應力等。

2.2 計算方法與過程

2.2.1 結構內(nèi)力

預應力混凝土連續(xù)箱梁的結構內(nèi)力由兩個部分組成，分別為恒載內(nèi)力和活載內(nèi)力，具體的計算方法如下：

（1）在預應力混凝土連續(xù)箱梁結構中，內(nèi)力計算結果對施工方法的選擇具有指導作用，如滿堂架和懸臂澆筑兩種施工方案的恒載內(nèi)力不同。當內(nèi)力計算結果存在偏差時，會影響到后續(xù)施工方法的選擇，容易引起工程質(zhì)量問題。所以要保證恒載內(nèi)力的計算結果正確無誤?？梢詫?nèi)力與施工方法緊密聯(lián)系起來，確保得出的內(nèi)力結果能夠為施工提供指導。與懸臂澆筑施工法相比，滿堂架施工法的應用優(yōu)勢更加明顯，在本次內(nèi)力計算中，以滿堂架施工法為依托，建造連續(xù)箱梁時，不需要進行結構體系轉換，可一次性完成。按照連續(xù)箱梁的結構力學特征對恒載內(nèi)力進行計算。

（2）在計算預應力混凝土連續(xù)箱梁結構的活載內(nèi)力時，需要明確該內(nèi)力的形成原因，它是橋梁投入使用后，在可變荷載的作用下產(chǎn)生的結構內(nèi)力。橋梁投用必須在建成之后，即整個結構已經(jīng)形成的連續(xù)箱梁，此時計算活載內(nèi)力無需考慮施工方法，計算圖式更加簡單。預應力混凝土連續(xù)箱梁歸屬于超靜定結構的范疇，將影響線作為活載內(nèi)力計算的基礎，通過結構力學的方法能夠準確計算出影響線，具體的計算方法如下：對預應力混凝土連續(xù)箱梁結構中的主梁或是主肋的荷載橫向分布系數(shù)加以計算，以最不利的分布系數(shù)為依據(jù)，對內(nèi)力影響線進行確定；用荷載與最不利橫向內(nèi)力分布系數(shù)相乘，然后在箱梁縱向最不利的位置處對得到的荷載進行加載，得到的結果即活載內(nèi)力，包含一個正值和一個負值。

2.2.2 次內(nèi)力計算

（1）預應力混凝土連續(xù)箱梁作為超靜定結構，在其上施加預應力的過程中，會引起梁體變形，而支座會對變形產(chǎn)生約束，支座上便可能產(chǎn)生出次反力，受到該反力的作用，預應力混凝土連續(xù)箱梁結構中便會產(chǎn)生次內(nèi)力。通過結構力學中的力法可以計算出連續(xù)箱梁的次內(nèi)力。對連續(xù)箱梁的次內(nèi)力進行計算時，應當充分考慮預加力所引起的次內(nèi)力。

（2）計算預應力混凝土連續(xù)箱梁徐變收縮產(chǎn)生的次內(nèi)力時，要先明確徐變收縮的特點及其對箱梁的影響。徐變收縮是混凝土所產(chǎn)生的現(xiàn)象，當應力處于不變狀態(tài)時，在荷載作用下，應變持續(xù)增長會形成徐變；混凝土體積縮小即為收縮，徐變收縮會導致混凝土變形，基本上都是出現(xiàn)在橋梁建成投用階段，并且會長期持續(xù)發(fā)生，容易導致內(nèi)力重新分布，對預應力混凝土連續(xù)箱梁的穩(wěn)定性和安全性造成不利影響，具體體現(xiàn)如下：連續(xù)箱梁中關鍵的結構配件，如預應力混凝土、鋼筋混凝土等，隨著時間推移產(chǎn)生徐變收縮，在配筋的約束下，內(nèi)力可能會出現(xiàn)重新分布的狀況；預制箱梁或是現(xiàn)澆箱梁在混凝土徐變收縮作用下，會引起內(nèi)力重新分布。

（3）預應力混凝土連續(xù)箱梁以混凝土作為主要材料，當溫度發(fā)生變化時，會對混凝土產(chǎn)生一定的影響，所以需要計算溫度變化引起的次內(nèi)力。計算前，有必要明確溫度對連續(xù)箱梁的影響，具體如下：橋梁采用的材料為鋼筋和混凝土，由此使橋梁具備熱脹冷縮的屬性，暴露在大氣環(huán)境中的橋梁不可避免會受到溫度變化的影響，即溫差對混凝土結構的影響。年溫差會引起連續(xù)箱梁內(nèi)溫度次應力，而局部溫差的影響體現(xiàn)在水化熱上?，F(xiàn)行公路橋梁規(guī)范指出，橋面板在日照作用下產(chǎn)生的溫度變化與腹板兩側的溫差并不是很大，計算溫度應力時，不需要考慮該溫差的影響。

2.3 具體算例分析

2.3.1 連續(xù)箱梁設計資料

A匝道橋共有兩聯(lián)，跨徑為2×（3×26）m，荷載等級為公路Ⅰ級，橋面行車道的寬度為7.0 m，橋梁兩側護欄底座的寬度均為50cm，混凝土的強度等級為C50，為高強度混凝土。

2.3.2 箱梁橫斷面布設

本工程中，A匝道橋的橫斷面布設情況如圖1所示。

圖1 A匝道橋橫斷面布設情況示意圖

A匝道橋跨中位置處的頂板、底板、腹板的厚度分別為25cm、22cm和40cm；支點位置處的頂板、底板及腹板厚度分別為35cm、32cm和60cm。鋪裝層位于主梁頂部，厚度為8.0 cm。

2.3.3 主梁荷載分布系數(shù)的計算

（1）主梁的荷載分布系數(shù)的計算過程中，需要下劃分梁肋。本工程中預應力混凝土連續(xù)箱梁橋的橫斷面按照單箱單室進行設計，劃分為兩片主梁，按中心線對各片的頂?shù)装暹M行劃分。

（2）為使計算過程得以簡化，采用如下計算方法：預應力混凝土連續(xù)箱梁結構支點位置處的橫向荷載分布系數(shù)可通過杠桿法計算，計算過程中，不需要考慮箱梁的抗扭影響。利用修正剛性橫梁法計算箱梁跨中橫向荷載分布系數(shù)，計算時，要充分考慮抗扭的影響?？缰袡M向荷載分布系數(shù)計算方法在連續(xù)箱梁中應用時，要轉換剛度，具體的換算系數(shù)如下：邊跨的抗彎剛度換算系數(shù)為1.429，中跨為1.818。主梁支點和跨中界面的抗彎慣性距如表1所示。

表1 主梁支點與跨中截面抗彎慣性矩

（3）在支點位置處對兩片梁進行分割之后，梁間距為3.0 m，對主梁荷載橫向分布的影響線及車列布置情況如圖2所示。

圖2 荷載橫向分布影響及車列布置示意圖

依據(jù)相關計算公式，帶入具體數(shù)值，可計算出橫向分布系數(shù)為1.026 ；單片梁汽車荷載橫向分布系數(shù)為1.033 。據(jù)此可計算出邊跨跨中和中跨跨中的荷載橫向分布系數(shù)，分別為2.052 和2.065 。

2.4 有限元模擬

利用有限元模擬的方法，對預應力混凝土連續(xù)箱梁結構設計的合理性進行分析，按照實際布設情況，對橋面系進行單元劃分，共分為87個單元和88個節(jié)點。一期恒載的計算結果為114.933 kN/m2，二期恒載的計算結果為23.88 kN/m2。本工程中，活載內(nèi)力等級按照公路Ⅰ級進行計算，采用的是荷載橫向分布系數(shù)，依據(jù)現(xiàn)行JTG D60規(guī)范標準的規(guī)定要求，以車輛荷載對連續(xù)箱梁結構進行計算。構成車輛荷載的均布和集中荷載分別為10.5 kN/m2和264kN。在連續(xù)箱梁上，可按照集中荷載移動時的情況，繪制出各個節(jié)點的影響線，據(jù)此對最不利位置處產(chǎn)生的內(nèi)力加以計算。通過正截面強度驗算后，得出如下結果：邊跨跨中的承載力設計值富余量最小，與連續(xù)箱梁的結構設計要求相符；法相壓應力為9.7 MPa，符合結構設計要求；對該橋梁投入使用后的混凝土應力進行驗算，計算結果如下：極限壓應力為16.2 MPa，在標準組合條件下的最大法向壓應力為9.7 MPa，可以滿足要求；對該橋梁使用階段的鋼束進行驗算，在鋼束作用下產(chǎn)生的梁體內(nèi)力如圖3所示，具體的計算結果如下：極限拉應力為1209MPa，鋼束在標準組合條件下的最大拉應力為1181MPa，小于極限拉應力，滿足要求。

圖3 預應力鋼束作用下的梁體內(nèi)力分布示意圖

3 結束語

綜上所述，預應力混凝土連續(xù)箱梁結構設計是一項極為復雜的工作，對設計人員的專業(yè)水平要求較高。為達到預期中的效果，要結合工程實際，選擇適宜的計算方法，確保計算結果的準確性，通過有限元模擬，對計算過程進行驗證，為結構設計提供支撐。未來一段時期，要加大對連續(xù)箱梁橋結構設計方面的研究力度，對設計和計算方法進行改進，使其逐步完善，更好地為橋梁設計服務。