李克然

（大連理工大學土木建筑設計研究院有限公司，遼寧 大連 116024）

1 項目概況

1.1 橋梁結構

驗算橋梁為預應力混凝土變截面三跨連續(xù)剛構橋，跨徑布置為（85+150+85）m，橫斷面布置為1.25 m人行道+9.5 m車行道+1.25 m人行道=12 m。0號段支點處高度為9.065 m，合攏段和邊跨現(xiàn)澆段梁高均為3.465 m，其余梁段底板下緣按1.8次拋物線漸變，箱梁底板厚度亦按1.8次拋物線變化。頂板設雙向2%的橫坡，底板水平。

上部結構主梁為箱形單箱單室斷面，采用C55混凝土澆筑。頂板寬度12 m，底板寬度6.5 m。箱梁頂板最小厚度 30 cm，腹板厚度 50～70 cm，底板厚度 32～95 cm；邊跨現(xiàn)澆段端橫梁處頂、底板加厚至70 cm；墩頂?shù)?號梁段腹板厚度100 cm，底板厚度150 cm；0號梁段順橋向長度11.0 m，合攏段長度2 m，邊跨現(xiàn)澆段長度8.9 m。上部箱梁共設4道橫隔板：0號梁段各設2道厚度為1.8 m的橫隔板，與橋墩壁厚一致；邊跨現(xiàn)澆段端部各設1道厚度為2 m的橫隔板。另外在中跨跨中附近梁段設有7道0.35 m×0.6 m的底板橫肋。為適應掛籃懸澆的施工工藝，全橋箱梁共分為2個0號梁段、4×19個懸澆梁段、2個邊跨現(xiàn)澆梁段及3個合攏梁段。主梁典型斷面及立面結構見圖1、圖2示。

圖1 主梁典型斷面圖（單位：cm）

圖2 橋梁立面結構圖（單位：m）

橋梁下部結構主墩采用C50混凝土，墩身為圓端形截面雙薄壁墩，兩片薄壁墩柱順橋向的凈距為440 cm，橋墩順橋向厚度180 cm，橫橋向圓端形截面處寬度980 cm，矩形截面處800 cm。墩身伸入主梁0號梁段，形成箱梁的橫隔板。各橋墩均設6根直徑2.5 m的鉆孔灌注樁。承臺采用C35水下混凝土，樁基采用C30水下混凝土。分聯(lián)墩主梁支撐處支座采用盆式橡膠鋼支座。

1.2 驗算荷載

a）永久荷載 包括結構自重、二期恒載及預應力。

b）特種車輛荷載 特載車輛的軸載分布如圖3示。箱梁結構整體驗算及局部驗算時，按具體軸載進行荷載布置；橋面板計算時考慮沖擊系數(shù)0.3。

圖3 特載車輛軸載分布圖（單位：m）

2 結構驗算要點及模型建立

2.1 結構驗算要點

a）整體計算按預應力混凝土A類構件驗算。

b）橋面板計算不考慮橋面鋪裝混凝土層與截面的組合作用。

c）橋面板和橫梁計算均按車輪橫向最不利工況加載。

d）計算中不考慮結構整體升、降溫和溫度梯度作用。

e）計算中按結構設計狀態(tài)下，根據(jù)橋梁使用年限，考慮結構收縮徐變影響，未考慮施工缺陷及運營對結構的損傷。

f）特載車通過時，除特載車輛外未考慮其他活荷載。

2.2 荷載組合

a）承載能力驗算 1.2恒載+1.0預應力+1.0混凝土收縮徐變+1.1特載車輛荷載。

b）抗裂驗算 1.0恒載+1.0預應力+1.0混凝土收縮徐變+1.0特載車輛荷載。

2.3 應力控制標準

a）正截 面抗裂驗算 σst-σpc≤0.7ftk，σlt-σpc≤0；

b）斜截面抗裂驗算 σtp≤0.5ftk；

c）使用階段混凝土正截面壓應力 σkc-σpt≤0.50fck；

d）使用階段混凝土主壓應力 σcp≤0.6fck；

e）應力驗算結果中，“+”為拉應力，“-”為壓應力。

2.4 建立模型

采用Midas Civil軟件，建立橋梁的三維模型。模型中的主梁、主墩、承臺、樁基等均采用梁單元模擬，支座采用一般支撐模擬，共劃分了591個節(jié)點，740個單元。結構有限元模型見圖4示。

圖4 結構有限元模型圖

3 驗算結果

3.1 主梁整體受力驗算

3.1.1 主梁承載能力驗算

圖5為主梁正截面抗彎承載力包絡圖，圖6為主梁斜截面抗剪承載力包絡圖。圖中分別給出了按承載能力極限狀態(tài)組合的彎矩設計值、剪力設計值和極限彎矩值、極限剪力值。從圖中可以看出，所有截面的極限承載力均滿足規(guī)范要求。

圖5 主梁正截面抗彎承載能力包絡圖（單位：kN·m）

圖6 主梁斜截面抗剪承載能力包絡圖（單位：kN）

3.1.2 主梁抗裂驗算

頻遇組合下截面上下緣均未出現(xiàn)拉應力，滿足規(guī)范要求。

頻遇組合下截面主拉應力為0.9 MPa＜0.5ftk=0.5×2.74=1.37 MPa，滿足規(guī)范要求。

3.1.3 主梁撓度驗算

根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTG 3362—2018）第6.5.3條的規(guī)定，在汽車荷載作用下豎向撓度中跨應不大于L/600=0.25 m，邊跨應不大于L/600=0.142 m。特載車輛作用下主梁中跨最大撓度為0.130 m，邊跨最大撓度為0.065 m，均滿足規(guī)范要求。

3.1.4 預應力混凝土構件應力驗算

標準組合下截面上下緣混凝土最大正應力12.6 MPa＜0.5fck=0.5×35.5=17.75 MPa，滿足規(guī)范要求。

標準組合下截面混凝土主壓應力13.4 MPa＜0.6fck=0.6×35.5=21.3 MPa，滿足規(guī)范要求。

3.2 端橫梁驗算

表1為端橫梁最不利截面承載能力比較結果。計算結果表明，橫梁控制截面的抗彎承載能力和抗剪承載能力均大于計算值，滿足規(guī)范要求。

表1 橫梁驗算結果

3.3 橋面板驗算

3.3.1 驗算斷面

圖7 驗算斷面（單位：cm）

由于主梁截面懸臂較長，最外側車輪有可能作用于懸臂位置，因此在橋面板驗算時，需驗算懸臂板。橋面板需驗算跨中截面A-A、支點截面B-B及懸臂截面C-C。

特載車輪軸距為1.55 m，根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTG 3362—2018）第4.2.3條關于車輪荷載分布寬度的計算規(guī)定，單軸荷載作用下橋面板的分布寬度取1.55 m，計算結果為1.0 m板寬計算結果。

3.3.2 計算結果

表2為橋面板控制截面的彎矩、剪力最大計算值與其承載能力比較計算結果，計算結果表明，橋面板各控制截面的承載能力均滿足規(guī)范要求。

表2 橋面板驗算結果

3.4 支座反力驗算

表3為連續(xù)剛構橋大小里程兩側端橫梁支座反力計算結果。計算結果表明，在特載車輛作用下，支座承載力滿足規(guī)范要求。

表3 支座反力驗算結果 kN

3.5 主墩驗算

參照《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTJ 021—89）第2.3.9條第一項，汽車荷載產生的制動力，為布置在荷載長度內的一行汽車車隊總重力的10%，但不得小于一輛重車的30%.參照上述規(guī)定，在294.2 t特載車輛荷載作用下，按總車重的30%取值汽車制動力即為88.3 t水平力對橋梁下部結構進行驗算。

3.5.1 承載力驗算

表4為主墩最不利截面承載能力比較結果。計算結果表明，主墩的承載能力大于計算值，滿足規(guī)范要求。

表4 主墩軸力及彎矩承載力驗算結果

3.5.2 抗剪驗算

表5為主墩最不利截面抗剪承載力比較結果。計算結果表明，主墩的抗剪承載力大于計算值，滿足規(guī)范要求。

表5 主墩抗剪承載力驗算結果 kN

3.6 樁基驗算

表6為樁基最不利截面承載能力比較結果。計算結果表明，樁基的承載能力大于計算值，滿足規(guī)范要求。

表6 樁基驗算結果

4 結語

經(jīng)過計算，橋梁在大件運輸車輛通行過程中，結構受力滿足規(guī)范要求，允許通行，但同時尚應滿足以下通行要求：

a）嚴格按照提供的驗算軸載進行裝載。

b）要求特載車輛嚴格按橋梁中線行駛，平穩(wěn)勻速慢行，行駛速度不大于5 km/h。

c）車輛在橋上行駛時嚴禁急剎車和急提速[1]。

d）在特載車輛通過時，橋上嚴禁其他車輛和人群通行。

e）在特載車輛通過時，應有專人在現(xiàn)場負責指揮。

本文以某座連續(xù)剛構橋通行大件運輸車輛需進行結構驗算為工程背景，通過有限元分析軟件建立全橋結構模型，結合現(xiàn)行橋梁規(guī)范中的有關規(guī)定和要求，分析受力體系，明確計算方法，對橋梁整體受力及各局部受力構件進行了計算分析，并對特種車輛通行過程作出明確要求，以期為同類型橋梁通行大件運輸車輛時的結構計算提供參考[2]。