現(xiàn)澆預應力砼連續(xù)箱梁橋設計

　　摘要：道路橋梁的建設，不僅緩解了道路交通壓力，增加了道路景觀，而且從一定意義上講，它還代表了一個地方的經(jīng)濟發(fā)展水平及現(xiàn)代化程度。文章結合工程實例，介紹了現(xiàn)澆預應力砼連續(xù)箱梁橋的設計和構造特點、上部結構計算及上下部構造設計，并結合實際針對設計時應考慮的一些因素進行了較詳細的探討。

　　關鍵詞：預應力，現(xiàn)澆砼，連續(xù)箱梁，橋梁設計

　　1概述

　　通過在福建省道202線K37+150-K37+350段壽寧揚梅橋梁設計和施工中，我談談對現(xiàn)澆連續(xù)箱梁的幾點認識和感受。

　　連續(xù)箱梁是一種常用的橋梁結構體系，它具有變形小、結構剛度好、行車平順舒適、養(yǎng)護簡易、抗震能力強等優(yōu)點。是現(xiàn)澆橋梁最為廣泛采用的截面形式。尤其在城市快速路的互通立交上，現(xiàn)澆箱梁具有較小的建筑高度、美觀的外形、能適應道路線形等特點就成為首選的橋梁形式。

　　2結構設計

　　2.1設計標準

　　(1)道路等級:二級公路；(2)荷載等級:公路Ⅱ級；(3)橋面寬度:凈12.25m；(4)設計安全等級:二級；(5)設計車速:60km/h；(6)最大縱坡:3％；(7)地震動峰加速度系數(shù)值：0.05。

　　2.2箱梁設計

　　根據(jù)主線立交布置，橋梁上部結構采用2×35m現(xiàn)澆后張法等高度預應力鋼筋混凝土連續(xù)箱梁，為單箱雙室，梁高1.80m，為跨徑的1/17。箱梁頂板寬12.30m、底板寬8.30m，箱梁懸臂長度2.0m，箱梁頂面設置2%橫坡，由箱梁整體旋轉形成。箱梁典型橫斷面示意見圖1、設計采用彈性理論計算方法。　　                       

　　2.2.1箱梁截面主要結構尺寸

　　(1)頂板和底板

　　頂板和底板是箱型截面結構承受正負彎距的主要工作部位。

　　對于頂板，首先要滿足橋面板橫向彎矩的要求，其次要滿足布置力筋的構造要求。據(jù)此，根據(jù)以往經(jīng)驗，頂板厚度取1/15腹板中距，為27crn，考慮近支點處抗剪、承壓和錨固預應力束的需要，近支點2.0m為漸變加厚，且取支點處厚為40cm。

　　對于底板，除應滿足能提供足夠大的承壓面積，發(fā)揮良好的受力作用，還應滿足布置正彎矩下的力筋通過的構造要求。該橋橋跨中底板厚為27cm，近支點處設置5.0m的漸變段，支點處厚為40cm。

　　(2)腹板

　　箱梁腹板的主要功能是承受結構的彎曲剪應力與扭轉剪應力所引起的主拉應力。若增加腹板的厚度，對截面正應力、剪應力和主拉應力均有良好的改善，但勢必會增加箱梁自重，在自重荷載占70%左右的當今橋梁設計中，應盡可能減少自重。而腹板內(nèi)如果有彎束布置，因彎束預加力的豎向分力對外剪力的抵消作用，則剪應力和主拉應力值較小。因而，腹板內(nèi)的鋼束布置有時是按構造要求而設置的。所以，確定腹板的厚度要綜合考慮。

　　腹板的最小厚度要滿足鋼束管道的布置與砼澆筑的構造需要，取決于橋梁結構的受力要求(依橋梁跨度、梁高、腹板間的凈距、梗腋設置情況等不同，腹板厚度取值也不同)。根據(jù)要求，本橋設計時，腹板的厚度在跨中主要由構造確定，取為50cm，在支點處，考慮承受梁部較大的剪力，由于造構造及抗剪受力需要，滿足最小厚度需要，根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTGD62—2004)第5.2.9條的規(guī)定，將腹板厚度設計為距離支點5米長度范圍內(nèi)漸變，取中支點處腹板厚度為70cm，邊支點處因考慮鋼束錨固平彎的需要，取腹板厚度為80cm。

　　(3)橫隔板

　　箱梁橫隔板的基本作用是增加截面的橫向剛度，限制畸變應力。在支承處的橫隔板還擔負著承受和分布較大支承反力的作用。箱形截面由于具有很大的抗扭剛度，所以橫隔板的布置可以比一般肋式梁橋少一些。本橋通過計算分析，根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTGD62—2004)第5.2.9條的規(guī)定，中橫梁取160cm，邊橫梁取120cm，不設跨間橫隔板。

　　(4)承托

　　在頂、底板和腹板接頭處設置承托很有必要。承托提高了截面的抗彎剛度和抗扭剛度，減少了扭轉剪應力和畸變應力。橋面板在腹板支承處的剛度加大后，可以吸收負彎矩，從而減少了橋面板的跨中正彎距。此外，承托使力線過渡比較緩和，減少了次應力。從構造上考慮，利用承托所提供的空間布置縱向預應力筋和橫向預應力筋，這也為減薄底板和頂板的厚度提供了構造上的保證。

　　在設置承托時，應考慮承托的豎向加腋和水平加腋兩種加腋各自的優(yōu)缺點，綜合進行考慮。在頂板和腹板交接處如設置豎加腋，則可以加大腹板的剛度，對腹板受力有利，使腹板剪應力控制截面下移，錯開了縱向彎曲應力高峰，并有利于彎束的布置，但其會使預應力索的合力位置降低。反之，水平加腋對縱向束布置于橋面頂?shù)资芰τ欣�，并加大預應力合力偏心，但對腹板受力和彎束布置不利。橋頂板的承托采用1:4的比例布置，即25×100cm，底板的承托采用1:1的比例布置，即25×25cm。

　　(5)懸臂

　　懸臂長度也是調節(jié)板內(nèi)彎距的重要參數(shù)，懸臂板尺寸的確定要滿足結構受力的要求。本橋根據(jù)主線橋面寬度和受力計算，確定懸臂長度為2.0m，懸臂端高度取18cm，懸臂根部取45cm。

　　2.2.2箱梁配筋

　　連續(xù)梁的預應力筋在橋梁的縱、橫、豎向布置，沿橋垮方向的力筋稱為主筋，其數(shù)量和布筋位置要根據(jù)結構在使用階段的受力狀態(tài)確定，同時，也要滿足施工各個階段的受力需要。本橋根據(jù)結構受力需要，梁體僅采用縱向預應力�？v向鋼束采用高強度低松弛鋼絞線，公稱直徑15.20mm，公稱面積139mm2，標準強度fpk=1860MPa，其技術性能應符合現(xiàn)行國家標準《預應力混凝土用鋼絞線》(GB/T5224-2006)。預應力管道采用塑料波紋管。頂板縱向預應力筋分為腹板束和底板束，腹板束為17￠s15.24鋼絞線，采用l2束通長束，均在頂板錨固，采用兩端張拉；底板束采用13￠s15.24，每孔3束�？紤]本聯(lián)箱梁兩側的箱梁均采用現(xiàn)澆施工，縱向鋼束不能在兩端張拉，經(jīng)計算分析后，選擇底板束一端固定在梁端，另一端過中橫梁后，在底板設置鋸齒塊張拉錨固。

　　2.3結構計算與分析

　　2.3.1上部結構計算與分析

　　上部結構按部分預應力混凝土A類構件設計。

　　計算采用“橋梁博士V3.1.0”模擬施工各階段及運營階段進行計算，按《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTGD62—2004)第5、6、7章相關條款的要求，進行持久狀況承載能力極限狀態(tài)和持久狀況正常使用極限狀態(tài)設計，并根據(jù)具體情況考慮持久狀況和短暫狀況，并對其進行相應的極限狀態(tài)設計。通過對各階段內(nèi)力、變形進行分析，合理布置預應力，將各階段截面受力控制在規(guī)范規(guī)定容許的安全范圍內(nèi)。

　　計算中考慮的荷載:恒載(包括一期恒載和二期恒載)、預應力、汽車荷載、溫度變化力、基礎變位影響力、混凝土收縮徐變影響力等。

　　荷載組合的處理:按《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTGD60—2004)規(guī)定，按承載能力極限狀態(tài)設計時采用基本組合，按正常使用極限狀態(tài)設計時，根據(jù)不同的設計要求，分別采用作用短期效應組合和作用長期效應組合。橋各主要控制截面計算結果見表1～表3。

　　根據(jù)規(guī)范規(guī)定，本橋計算采用的A類預應力混凝土現(xiàn)澆構件C50混凝土截面，組合應力限制為:

　　 計算結果表明，設計是安全的。

　　2.3.2上部結構橫向計算與分析

　　主梁為箱形截面，橫向計算按支撐在腹板板底的橫向框架進行內(nèi)力分析、計算。取縱向長度為1.0m的箱梁為計算單元，采用“橋梁博士V3.1.0”進行內(nèi)力計算，結構離散成47個單元（見圖2）。

　　計算考慮了恒載(包括一期恒載和二期恒載)、汽車荷載、箱梁內(nèi)外溫度變化力、混凝土收縮徐變影響力等荷載。

　　表4一表5列出了根據(jù)橫向計算合理配筋后主要控制截面裂縫與抗彎強度。計算結果表明，箱梁橫向設計是安全的。　             　　

　　2.4下部結構設計

　　橋梁下部結構應遵循安全耐久、造價低、維修養(yǎng)護少、預制施工方便、工期短、與周圍環(huán)境協(xié)調、造型美觀等原則。

　　特別是跨線橋、城市立交高架橋的下部結構造型對整體設計方案起著重要的作用。合理的下部結構能使上、下部協(xié)調一致，經(jīng)濟、美觀。墩臺是橋梁的重要結構，支承著橋梁上部結構的荷載，并將它傳給地基基礎。因此，橋梁墩臺及基礎的設計與結構受力、土質構造、地質條件、水文、流速、河床斷面及冰凍情況有關。根據(jù)總體設計要求，并與上部結構相協(xié)調，本橋橋墩均采用雙柱式墩，柱徑1.40m，橫向柱間距為6.80m，每個墩柱柱頂設置一個盆式橡膠支座；橋墩基礎采用了樁柱連接的鉆孔灌注樁基礎，樁徑1.60m，樁長32—36m�？紤]到橫向穩(wěn)定性，在墩頂處設置橫系梁，高1.20m，寬1.0m。

　　3結語

　　近年來，現(xiàn)澆連續(xù)箱梁橋應用較為普遍。通過對該橋的設計，從該橋的上下部結構設計特點、結構的受力分析，得到以下體會，希望能為同類型的橋梁設計提供有價值的參考。

　　(1)在進行箱梁結構設計時，對每一主要尺寸的擬定，都要考慮結構受力的要求和布置鋼筋的構造要求；并采取適當?shù)挠嬎惴椒�，對結構進行縱橫向計算分析，保證設計的安全性。

　　(2)在進行上部結構設計時，應充分考慮墩臺和地基的特點，把結構物作為一個整體，考慮其整體作用和各個組成部分的共同作用。

　　(3)在進行橋梁設計時，不僅要有一個良好的計算分析，更重要的是要不斷的積累豐富的經(jīng)驗去判斷計算結果的可信度，選用計算結果，亦即選用安全度，根據(jù)不同的結構、跨度，選用切合實際的構造，去彌補計算上的不足，確保橋梁結構的安全與經(jīng)濟。

　　參考文獻

　　[1]范立礎.預應力混凝土連續(xù)粱橋[M].北京:人民交通出版社，2001.6

　　[2]JTGD60--2004，公路橋涵設計通用規(guī)范[S].

　　[3]JTGD62--2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S].