不等跨连续梁桥设计及技术要点

谢居静，吴合良，范胜通

（1.湖南中大设计院有限公司,湖南长沙410075;2.湖南省高速公路管理局,湖南长沙414000;3.中交第二公路工程局有限公司，陕西西安710065）

不等跨连续梁桥设计及技术要点

谢居静1，吴合良2，范胜通3

（1.湖南中大设计院有限公司,湖南长沙410075;2.湖南省高速公路管理局,湖南长沙414000;3.中交第二公路工程局有限公司，陕西西安710065）

三角塘沪昆铁路跨线桥全长660 m，其中第4联主桥为三跨预应力混凝土连续梁桥结构，采用挂篮悬臂浇筑法施工上跨韶山灌渠。运用有限元软件对其连续梁桥进行计算，分析不等跨连续梁结构受力特点，得出几点结论，可用以指导不等跨连续梁桥结构的施工图设计。

连续梁；悬臂浇筑；不等跨；结构设计

0 引言

连续梁桥以其结构稳定性好、行车舒适度高以及施工的便捷性、复杂环境条件的适应性等优点，在国内得到很大发展[1]。中等跨径连续梁通常采用挂篮悬臂施工，变高度连续箱梁桥一般边中跨比为0.5～0.6[2]。本文以三角塘沪昆铁路跨线桥为工程背景，考虑各种不利作用影响，对不等跨连续梁桥结构受力特点进行分析研究。

1 工程概况

三角塘沪昆铁路跨线桥为湘乡市红仑大道二期工程项目中的一座大桥，连接省道S312与国道G320两条干线公路，全长660 m。桥梁设计为跨沪昆铁路正交正做，跨韶山灌渠孔斜交正做错墩布置，其余各孔正交正做，其主桥跨越韶山灌渠，采用左幅40 m+70 m+53 m、右幅53 m+70 m+40 m三跨预应力混凝土连续梁，如图1所示。

图1 主桥桥型布置图（单位：cm）

上部结构为预应力混凝土单箱双室变截面箱梁，下部结构主墩、过渡墩墩身为柱式墩。桥面为双幅分离式，全宽37.0 m。设计荷载为公路-Ⅰ级；桥梁抗震设防措施等级为7度[3]。

2 桥梁设计

2.1 计算依据的设计技术标准

（1）设计荷载。汽车荷载：公路-Ⅰ级，按城-A级校核；人群荷载：3.5 kPa。

（2）主桥宽度。2.25 m（人行道）+2.5 m(非机动车道）+0.5 m（防撞护栏）+13 m（机动车道）+0.5 m（中央护栏）+13 m（机动车道）+0.5 m（防撞护栏）+2.5 m(非机动车道）+2.25 m（人行道）=37 m。

（3）地震动参数。地震动峰值加速度小于0.05 g，地震动反应谱特征周期0.35 s。

2.2 主桥计算模型

（1）箱梁构造特点。箱梁采用C50混凝土，半幅桥宽18.49 m，采用单箱双室断面，箱宽11.5 m，两侧悬臂翼缘板宽3.495 m，如图2所示。

图2 主桥横断面（单位：cm）

箱梁根部梁高H根=4.3 m，跨中及边跨端部梁高H中=2.3 m，梁高变化采用2次抛物线，H根/L=1/16.279，H中/L=1/30.435。箱梁腹板厚度0#块采用70 cm，1#至6#梁段采用70 cm，7#梁段为过渡段，8#梁段采用50 cm。箱梁底板厚度变化采用二次抛物线，由根部厚60 cm渐变到跨中28 cm。主梁顶板厚度均采用28 cm。顶板1.5%横坡由腹板变化高度形成，底板保持水平。

（2）预应力体系及钢束布设。箱梁采用纵向、横向和竖向三向预应力体系。纵向钢筋束采用15、12及10束Φs15.2高强低松弛钢绞线。钢绞线抗拉强度标准值fpk＝1860 MPa，均采用两端张拉。预应力管道均采用内径为90 mm塑料波纹管，真空压浆工艺灌浆。顶板横向预应力钢束采用3股Φs15.2高强低松弛钢绞线，间距50 cm，钢绞线抗拉强度标准值fpk＝1860 MPa，均采用交错单端张拉。预应力管道采用配套扁形塑料波纹管60 mm×22 mm，真空压浆工艺灌浆。竖向预应力采用精轧螺纹钢筋，布置于腹板内。每一梁段三向预应力张拉顺序为：纵向→竖向→横向。

（3）箱梁施工步骤及体系转换。主桥采用悬臂浇筑法施工，悬臂共分9节段：0号块纵向长10 m，1～6号块块长3.5 m，7～8号块块长4.0 m。0号块采用墩旁支架现浇；1～8号块采用挂篮悬臂对称浇筑；9号块为边跨现浇段，采用支架施工；10号块为合拢段，长2 m，采用吊篮施工。上部结构的施工顺序为：先挂篮对称施工各梁段及现浇边跨现浇段；边跨合龙后，拆除边跨现浇支架以及主墩处临时固结，完成结构体系转换；最后中跨合龙。

（4）模型简介。本桥为三跨连续梁结构，主跨70 m，而边跨分别为40 m和53 m，边跨不等，箱梁纵向计算采用有限元软件Midas Ci vi l进行计算，主梁采用杆系变截面梁单元模拟，模型共分73个单元，93个节点，4个永久支撑元，如图3所示。

图3 计算模型

2.3 荷载

（1）一期恒载。容重r=26 kN/m3。（2）二期恒载。合计112.1 kN/m。

（3）活载。汽车荷载类别：公路-Ⅰ级，按城-A级校核;人群荷载：3.5 kPa;车道数：3个;横桥向车道折减及偏载系数：3×0.78×1.3=3.042;冲击系数：0.0843。

（4）温度。整体升降温±20℃；梯度升温：T1=14℃,T2=5.5℃，梯度降温为梯度升温的-0.5倍。

（5）支点不均匀沉降。按10 mm计算。

2.4 计算结果分析

（1）连续梁桥竖向自振频率为1.761 H z。按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2015）[4]中公式4.3.2计算得主桥结构汽车冲击系数μ=1.084，如图4所示。

图4 竖向一阶振型

（2）连续梁各截面在汽车荷载作用下的内力值见表1。

表1 汽车荷载作用下各截面弯矩内力值

从表1可以看出不等跨连续梁在53 m边跨跨中截面最大弯矩20272 kN·m＞70 m中跨跨中截面最大弯矩18651 kN·m＞40 m边跨跨中截面最大弯矩16446 kN·m。因此，可得出结论：边中跨比值越大，汽车、人群等活载的正弯矩内力值相应地越大；反之，边中跨比值越小，汽车、人群等活载的正弯矩内力值相应地越小。

（3）主桥半幅桥面为18.49 m。采用单箱三室将增加上部结构的自重，同时增大上下部结构的投资，故最终确定主桥箱梁采用单箱双室直腹截面。箱梁腹板尺寸初设拟定为跨中处45 cm，支点处65 cm。经验算，主桥在近中支点附近部分斜截面主拉应力较大，部分截面位置主拉应力验算不满足正常使用要求。考虑到主桥半幅桥面较宽，自重、汽车荷载较大，重新设计箱梁腹板尺寸拟定为跨中处50 cm，支点处70 cm。经验算，主桥各截面主拉应力验算均满足要求。

（4）按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）[5]第5.1.5条规定的正截面抗弯承载力进行强度验算。箱梁70 m主跨跨中基本组合下弯矩118994.4 kN·m≤151943.8 kN·m，40 m边跨跨中基本组合下弯矩43282.0 kN·m≤76139.8 kN·m，53 m边跨跨中基本组合下弯矩121840.3 kN·m≤158370.6 kN·m，结构重要性系数×作用效应的组合设计最大值均小于等于构件承载力设计值，满足承载能力要求。

（5）主桥模型按A类预应力构件进行验算。短期组合下53 m边跨端部上缘最小压力为0.22 MPa（压）（梁端除外），40 m边跨跨中下缘最小压力为0.61 MPa（压）（梁端除外）；长期组合下53 m边跨端部上缘最小压力为1.58 MPa（压）（梁端除外），40 m边跨跨中下缘最小压力为2.35 MPa（压）（梁端除外）；作用短期效应组合下σst－σpc≤0.7 ftk=1.855 MPa（拉），满足规范要求。斜截面抗裂主拉应力最大为σtp=0.97 MPa＜0.5 ftk=1.325 MPa（梁端无预应力束通过，除外），满足正常使用要求。在消除结构自重产生的长期挠度后主梁70 m主跨最大挠度为20.5 mm≤l/600=116.7 mm，结构刚度满足规范规定。

3 结语

（1）中等跨径预应力连续梁采用悬臂施工,变高度连续梁桥一般边中跨比为0.5～0.6。该桥由于受灌渠场地限制影响而采用不等跨连续梁，其中53 m边跨的边中跨比达到0.757，其跨中基本组合下弯矩值达到121840.3 kN·m。因此设计时需增加53 m边跨顶底板预应力钢筋束数来提高箱梁抗弯承载力。

（2）因桥面宽度较宽，箱梁采用单箱双室截面时，箱梁腹板尺寸应相应地进行调整，以保证主桥截面斜截面抗裂性满足正常使用要求。

[1] 范立础.预应力混凝土连续梁桥[M].北京：人民交通出版社，2001．

[2] 徐岳.连续梁桥[M].北京：人民交通出版社，2012．

[3] JTG/T B02—010－2008，公路桥梁抗震设计细则[S].

[4] JTG D60－2015，公路桥涵设计通用规范[S].

[5] JTG D62－2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

U448.21+5

B

1009-7716（2017）11-0078-03

2017-07-21

谢居静(1984-)，男，湖南株洲人，硕士，工程师，从事路桥设计工作。

10.16799/j.cnki.csdqyf h.2017.11.022