某城市高架桥现浇预应力混凝土箱梁设计要点

刘樊程

(徐州市交通规划设计研究院，江苏 徐州 221006)

0 前 言

预应力混凝土箱梁桥耐久性好，施工简单，工艺成熟，后期养护费用低，造价低，现浇施工能较好的满足城市高架桥宽度的变化要求，目前在城市高架桥建设中被广泛应用。

1 项目概况

随着我国经济的腾飞发展，城市规模也在不断发展和扩大，城市机动车数量也经历了爆发式的增长，城市道路交通日益繁重，原有的城市道路已难以满足现有的交通量需求。某城市为缓解城市道路交通压力，保障交通通畅，对现有某道路进行快速化改造。某道路快速化改造工程(12标段)路线全长19.395 km。主线高架桥长约10.2 km，并设有8对匝道桥。

本文以主线Pm155～Pm158(33 m+40 m+33 m)为例对城市高架桥上部结构设计要点进行介绍。

2 技术标准

(1)道路等级：城市快速路。

(2)桥梁全宽：0.6 m(防撞护栏)+Am(机动车道)+0.6 m(中央分隔墩)+Bm(机动车道)+6 m(防撞护栏)=50～38.4 m(A/B为变化值)。

(3)行车道数：双向六车道，根据宽度增加，超过规范宽度时每3.5 m增加一个车道。

(4)通行净高：车行道净高≥5 m。

(5)桥面横坡与纵坡：本桥桥面横坡为双向2%，纵坡为单向1.8%。

(6)设计汽车荷载等级：城-A级(同时满足公路-I级)；人群荷载：4 kPa。

(7)设计车速：主线高架快速路80 km/h。

(8)设计基本地震动峰值加速度：0.1 g；抗震设防烈度7°，抗震设防措施等级8°；抗震设防类别：B类；抗震重要性系数：桥梁E1作用下取0.5，E2作用下取1.7。

(9)设计基准温度：15 ℃。

3 结构设计要点

Pm155～Pm158联跨径布置33 m+40 m+33 m，位于分流鼻过渡段，为等高变宽的预应力混凝土连续箱梁，梁高2 m，顶板厚26 cm，底板厚22 cm，腹板厚40 cm，支点位置底板线性加厚至40 cm，腹板线性加厚至75 cm，箱梁悬臂长3.85 m。箱梁顶板宽47.7～38.1 m，底板宽43.018～28.728 m。箱室划分为单箱八室断面，边腹板为斜腹板，向外倾斜角度为60°，中腹板均为直腹板，单个箱室宽度3.45～5.47 m。端横梁宽1.5 m，中横梁宽2.8 m。全桥均采用C50混凝土。横断面见图1。

图1 横断面示意图

本桥预应力混凝土构件按A类构件设计，钢绞线σcon=0.75fpk，钢绞线松系数ζ=0.3，腹板钢绞线采用Φs15.2-15，顶板钢绞线采用Φs15.2-12及Φs15.2-19，底板钢绞线采用Φs15.2-7；波纹管采用金属波纹管，波纹管摩擦系数μ=0.25，偏差影响系数k=0.001 5；张拉端锚具回缩单端以6 mm计。

4 结构计算分析

4.1 计算方法概述

总体纵向计算采用平面杆系理论，采用桥梁博士有限元软件模拟分析计算。桥梁施工计算阶段根据桥梁施工方案及施工顺序划分。根据荷载组合要求的内容进行箱梁极限承载力计算、内力应力计算，按A类预应力构件对结构在施工阶段的内力应力，使用阶段应力和极限承载力以及整体刚度进行符合性验算，容许值按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362—2018)(以下简称《公桥规》)要求取值。

4.2 作用效应组合

本桥梁设计安全等级为一级，结构重要性系数γ0=1.1。按《公路桥涵通用规范》(JTJ D60—2015)(以下简称《桥通规》)的要求进行最不利作用效应组合。

4.3 计算模型概况

本桥共划分为108个单元，均为A类预应力混凝土现场浇筑构件，桥面单元。施工阶段划分为施工阶段1-加载一期恒载及张拉预应力钢束，施工阶段2-加载二期恒载。

4.4 计算结果

(1)施工阶段应力验算

表1 施工阶段混凝土正应力表 单位：MPa

由表1计算结果显示，施工阶段1、2混凝土正应力值均小于20.41 MPa，满足《公桥规》要求。

(2)正常使用极限状态验算

根据《公桥规》要求，正常使用极限状态设计的验算要在作用的频遇组合及作用的准永久组合两种作用组合下进行。

按照《公桥规》第6.3.1条，A类预应力混凝土构件正截面混凝土拉应力σst-σpc≤0.70ftk=-1.855 MPa;σlt-σpc≤0。现场浇筑A类预应力混凝土构件斜截面混凝土拉应力σtp≤0.5ftk=-1.325 MPa，见表2。

表2 频遇组合抗裂验算表 单位：MPa

由表2计算结果显示，本桥在频遇组合作用下的抗裂验算满足要求，见表3。

表3 准久组合抗裂验算表 单位：MPa

由表3计算结果显示，本桥在准永久组合作用下的抗裂验算满足要求。

(3)持久状况构件的应力验算

按照《公桥规》第7.1.5要求，本桥A类预应力混凝土构件为未开裂构件，受压区混凝土的最大压应力应满足σkc+σpt≤0.5fck=0.5×32.4=16.2 MPa。第7.1.6条要求混凝土主压应力σcp≤06fck=0.6×32.4=19.44 MPa，见表4。

表4 持久状况混凝土应力验算表 单位：MPa

由表4计算结果显示，本桥持久状况下混凝土压应力及主压应力均满足规范要求。

(4)挠度验算

按照《公桥规》第6.5.3条要求，受弯构件在使用阶段的挠度应按作用频遇组合乘以挠度长期增长系数ηθ控制。

本桥采用C50混凝土，根据本条规范插值取ηθ=1.425，主梁的最大挠度ω小大于计算跨径的1/600。第一跨及第三跨ω≤33 000/600=55 mm，第二跨ω≤40 000/600=66.7 mm。见表5。

表5 使用阶段挠度验算表

由表5计算结果显示，使用阶段挠度验算全桥均满足规范要求。

(5)承载能力极限状态承载力验算

按照《公桥规》第5.1.1及5.1.2条要求进行作用组合对本桥箱梁进行承载力进行验算，结果如表6。

表6 承载力验算表

由表6计算结果显示，承载能力极限状态下，构件的承载力均满足规范要求。

5 结 论

随着城市的发展，对城市高架桥的建设需求越来越多了，现浇预应力混凝土箱梁施工工艺成熟，建成后桥梁的行车舒适性高及使用过程中养护成本低，经济效益好，在城市高架桥建设项目中具有较强的适用性。