先简支后连续预应力混凝土小箱梁提运梁工况分析验算

刘卫华

(中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600)

0 前 言

近年来，预应力小箱梁桥结构因其抗扭刚度大、预制架设方便、节约材料等优点而迅速发展，成为我国中小跨径市政及公路桥梁的主要结构型式[1]。预应力小箱梁既有简支结构又有连续梁结构，适用跨度为20～40 m。先简支后桥面连续结构施工工艺为先简支架设后桥面连续施工，此方式张拉预应力不产生次应力，减少了混凝土收缩、徐变对结构体系的影响，并且还能够减少桥面伸缩缝数量，提高行车舒适性能。

1 工程概况

以珠海市金海公路大桥为工程实例，对预应力混凝土小箱梁进行提运梁验算。上部构造预制小箱梁采用预制吊装法施工，预应力混凝土小箱梁就近预制，梁场采用一台180 t龙门吊吊梁，通过运梁车运送至架梁现场，由2台70 t门式起重机提梁上桥，桥上采用炮车进行送梁、喂梁。

桥梁跨径布置为3 m×33 m预应力混凝土小箱梁，桥宽16.25 m，梁高1.8 m。上部运送小箱梁跨度分别为25/27/30/32.5/33/35 m。预制小箱梁吊装重量见表1，门式起重机提梁布置图1。

图1 门吊提梁布置图

表1 预制小箱梁吊装重量表

预制主梁、端横梁、封锚、调平层、现浇湿接缝混凝土均采用C50混凝土；桥面铺装采用沥青混凝土。混凝土重力密度r=26.0 kN/m3，弹性模量为Ec=3.45×104MPa。

预应力钢绞线采用抗拉强度标准值fpk=1 860 MPa、公称直径d=15.2 mm的低松弛高强度钢绞线，规格为6-φ15.24 mm、7-φ15.24 mm。

预应力管道采用预埋圆形金属波纹管成孔，管道摩擦系数μ=0.25；管道偏差系数k=0.001 51 m；预应力钢束松驰系数0.3； 预应力钢束回缩和锚具变形为6 mm；钢束张拉龄期按7 d考虑。

33 m小箱梁采用矩形板式支座，型号为GJZ350×600×99。其材料和力学性能均应符合《公路桥梁板式橡胶支座》(JT/T 4—2004)的规定。通过支座型号计算其刚度如表2所示。

表2 支座刚度计算表

3 计算分析

3.1 荷载

结构自重按《公路桥涵设计基本规范》(JTG D60—2004)第4.2.1条，钢筋混凝土或预应力混凝土取γ=26.0 kN/m3[2]。二期恒载：采用门吊施工时，考虑10 cm厚C50混凝土调平层的重量。预加力：程序按照规范自动考虑。张拉控制应力为1 395 MPa。混凝土收缩及徐变作用：程序按照规范自动考虑。

结构整体升温、降温按±20 ℃考虑；梯度温度正温差按(JTG D60—2015)第4.3.10条计算，考虑10 cm沥青混凝土面层，梯度温度负温差取正温差×(-0.5)考虑。

门式起重机自重按70 t考虑，共4组轮组，横向跨度为33.77 m，纵向跨度9.665 m。

炮车自重8 t，共8组轮组，横向跨度2.3 m，纵向跨度根据所吊箱梁跨度而定，如图2所示。

图2 炮车图示(单位：mm)

3.2 纵向计算

对于桥梁宽跨比较大的上部结构，梁格法为一类有效且实用的计算方法。此方法主要是将上部结构用一个等效的平面梁格或空间构架来模拟，把属于主梁上每个区间段的抗弯、抗扭刚度分配到与之临近的等效的梁格上[3]。

纵向采用梁格法按部分预应力A类构件进行验算。计算模型由3片中梁和1片边梁组成，采用MIDAS/Civil软件进行了结构分析，按梁格法进行结构离散，共划分146个单元，124个节点。门式起重机荷载采用移动荷载形式作用在第二片中梁右偏心0.73 m位置，炮车荷载采用移动荷载形式作用在第二片中梁左偏心1.59 m位置，移动荷载如图3所示。经对比门式起重机提梁、炮车空载工况控制验算。荷载效应如表3所示，中梁Ⅱ弯矩包络图如图4所示。

图3 移动荷载图示

图4 中梁Ⅱ弯矩包络图(单位：kN·m)

表3 荷载效应表

3.3 横向计算

横向按普通钢筋混凝土结构采用3片主梁进行计算，采用MIDAS/Civil软件进行了横向结构分析，验算其裂缝宽度是否满足要求。横向计算模型见图5，模型共划分132个单元，136个节点。在门式起重机提梁荷载作用下，控制位置处内力效应及裂缝计算如表4所示。其中顶板、底板按受弯构件计算受拉钢筋应力，腹板按偏心受压构件计算受拉钢筋应力，采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362—2018)公式6.4.3验算裂缝宽度[4]。

图5 横向计算模型

表4 控制位置内力及裂缝检算结果

4 结 语

通过以上纵、横向分析模型计算及结果，可以得出以下结论。

(1)纵向计算，提梁工况考虑1.2的动力系数，在标准值组合作用下，构件最大压应力不应大于0.7fck’=0.7×32.4=22.7 MPa[4]。主梁上缘混凝土最大压应力为9.1 MPa，主梁下缘混凝土最大压应力为17.9 MPa，混凝土最大压应力满足规范要求。主梁未出现拉应力。

(2)横向计算按图纸配筋情况，在提梁工况作用下，最大裂缝宽度发生在底板，为0.18 mm，满足规范要求。