预应力混凝土连续梁

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预应力混凝土变截面连续梁设计

预应力混凝土变截面连续梁设计黄姑塘大桥是平湖市平湖乍浦至上海兴塔马路上的一座大跨度预应力混凝土变截面连续梁桥。该文重点介绍该桥桥跨布置以及布局设计和计算。

1.工程概况黄姑塘大桥是平湖市平湖乍浦至上海兴塔马路（01省道至平兴马路段）工程的关键操纵性工程。主桥上部布局为(72+120+72)m三跨预应力混凝土变截面连续箱梁，引桥上部为5x25预应力混凝土(后张)T梁，先简支后连续。黄姑塘（即平金线）平湖段规划为Ⅲ级航道，现状河道宽度约50米，规划河道将在其现状河道南边拓宽开挖，开挖后其河床宽度将达成110米左右。平金线通航净宽60m，净高7.Om，最高通航水位1.93m（1985国家高程基准），测时水位1.10m。

2.主要技术标准(1)桥面宽度：K8+100~K16+780.185段路基宽度27.5m时，桥梁断面布置0.5m护栏+12.5m行车道+0.5m护栏（单幅）。

(2)设计荷载：马路-l级。(3)设计洪水频率：按100年一遇设计。(4)通航标准：黄姑塘（平金线Ⅲ级航道）双向通航，有效通航净宽不小于60m，净高不小于7m，桥下最高通航水位1.96m（85高程）。(5)地震根本烈度：地震撼峰值加速度为0.05g，地震根本烈度为VI度，抗震设防措施等级为VII级。

(6)马路桥涵布局的设计基准期为100年。

3.总体设计桥型方案设计过程中，力求表达使用安好、桥梁耐久、合理适用、环保、经济合理、技术先进稳当的原那么，并根据黄姑塘大桥主孔通航河道宽度，主桥选择变截面连续梁方案，桥型效果图见图1。

4.主桥布局设计4.1箱梁构造设计主桥上部布局采用预应力砼(C55)变截面连续箱梁，为三向预应力布局，纵向按全预应力体系操纵。箱梁为分开的单箱单室截面，左（右）幅顶宽13.5m，底宽7.5m，两侧翼缘宽均为3m。连续箱梁中跨墩顶支点处梁高7m，跨中最小梁高为3m，跨中梁高与跨径之比为1/40，支点处梁高与跨径之比为1/17.14，跨中梁高与支点处梁高之比为1/2.33。底板采用变厚度布置，由支点向跨中逐步裁减，根部厚度为90cm，跨中厚度为30cm。顶板厚度在支点处为70cm，跨中为28cm；

腹板厚度由支点向跨中由170~90~70~50cm渐次变化。为提高边跨端部和主墩支座处抗剪才能，腹板在边墩支点处加大到130cm，底板加厚到70cm；

腹板在主墩支点处加大到170cm，底板加厚到200cm。横隔板的布置：本桥只在主墩支点和边墩支点上布置横隔板，主墩支点处横隔板厚度为300cm，边墩支点处横隔板厚度为200cm。

4.2箱梁预应力体系主桥上部布局按全预应力混凝土构件设计，采用三项预应力，腹板束：采用s15.2-19钢绞线，顶板束按照施工划分节段，分批直接锚固在腹板内；

顶板束：采用十s15.2-17钢绞线，顶板束按照施工划分节段，分批直接锚固在顶板内靠近腹板范围内；

顶底板合拢束：采用s15.2-15钢绞线，合拢束通过锯齿块直接锚固在顶底板靠近腹板的位置处。预应力布置图详见图3。

箱梁顶板横向预应力采用3$S15.2钢铰线（扁束），以50cm的间距布设，交替单端张拉锚固，锚下操纵应力为ocon=0.75fpk，单根张拉吨位为195.3kN。箱梁竖向预应力、采用直径为JL32的高强精轧螺纹粗钢筋，标准强度930Mpa，张拉操纵应力ocon=0.90fpk，设计张拉吨位为673.1kN。竖向预应力筋以50cm根本间距布置。

4.3下部构造主墩采用钢筋混凝土实心矩形墩，墩顶采用横系梁连接，下接低桩承台，根基采用钻孔灌注桩，主墩单根墩柱平面尺寸为3.5X2.5m，墩顶横系梁平面尺寸为2×2.5m，横系梁高度采用2—1.8—2m弧形渐变；

低桩承台厚3．Om。

边墩（过渡墩）：过渡墩采用钢筋混凝土实心矩形墩接L型盖梁，低桩承台，钻孔灌注桩根基。

5.布局计算5.1主桥纵向受力计算主桥布局的静力计算分析拟平面杆系理论为根基，采用DrBridgeV3.2举行布局分析计算。全联共划分87个单元88个节点，成桥后在26号节点设固定铰支承，2、63、87号节点设滑动铰支承。施工流程为：下部布局施工完成后，在主墩11、12号两侧搭临时支撑，立模浇筑0号和1号块，其余块（除合拢段及边跨现浇段外）均以挂篮悬臂对称浇筑，并张拉各阶段预应力钢束，直到16号块；

然后按先边跨后中跨的依次依次合拢；

结果举行桥面系施工。按此流程逐阶段计算布局各截面内力、应力和位移，每个悬臀的施工包括挂篮就位、梁段浇筑、张拉预应力钢束及挂篮前移4个阶段。成桥运营计算包括恒载、活载、支点沉降及温度等工况，按模范举行荷载组合。

(1)计算参数：设计环境类别为l类；

相对湿度80%；

竖向梯度温度效应：竖向日照正温差T1=14℃．T2=5.5℃，A=300mm；

竖向日照负温差T1=-7℃．T2=-2.75t，A=300mm；

整体升降温：±20℃；

预应力管道成型为塑料纹管：管道摩擦系数μ=0.17，管道偏差系数k=0.0015；

锚具：锚具变形、钢筋回缩按6mm（一端）；

墩、台不平匀沉降：交错墩沉降24mm、主墩沉降40mm：变高度箱梁：对称分节段浇筑，钢束张拉龄期按15天考虑，合龙温度：14~18℃，要求在一天内温度最低时合龙。

(2)计算结果：承载才能极限状态根本组合设计内力包络图如下：中支点最大负弯矩-941594kN．m，相应截面抗力-1260904kN．m：中跨跨中最大负正弯矩170598kN．m，相应截面抗力205254kN．m：箱梁各验算截面的极限弯距抗力（未计入普遍钢筋）均大于设计弯距，箱梁承载才能得志要求，布局受力安好；

箱梁在耐久状况下预应力构件标准值组合作用下，箱梁最大正应力为17.2MPa。C55混凝土容许压应力为0.5×35.5=17.75MDa，箱梁最大压应力小于模范容许值，使用阶段箱梁压应力得志模范要求。耐久状况下预应力构件标准合作用下，箱梁最大主压应力为15.2MPa。C55混凝土容许主压应力为0.6×35.5＝21.3Mpa。箱梁最大主压应力小于模范容许值，使用阶段箱梁主压应力得志模范要求。

短期效应组合下，全桥均未展现拉应力，个别位置展现-0.7Mpa主拉应力，现浇全预应力构件短期效应组合下容许主拉应力为-0.4×2.74＝-1.10Mpa。正常使用极限状态下拉应力、主拉应力均小于模范限值，箱梁抗裂性得志全预应力构件的要求。经计算，本联现浇箱梁布局承载才能极限状态下箱梁强度得志模范要求；

使用阶段箱梁最大压应力满足模范要求；

使用阶段箱梁抗裂性得志模范要求。

5.2短期效应组合并考虑长期效应组合影响的活载挠度计算据《马路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计模范》（JTGD62-2022），全预应力混凝土构件全截面的抗弯刚度为：B0=0.95EcI0。参照第6.5.3条，受弯构件在荷载短期效应组合下并考虑荷载长期效应的影响挠度长期增大系数ηθ=1.412