先简支后连续小箱梁的设计及计算

维普资讯 http://www.cqvip.com 建筑·规划·设计　民营科技　２００８年第２期　先筒支后连续小箱梁的设计及计算　程振峰　（安徽中铁四局设计研究院，安徽合肥２３００２３）　摘要：随着城市建设的发展，市政道路桥梁的设计等级逐步提高，对行车舒适性的要求也越来越高，因此连续结构的桥梁得　到了广泛的应用。其中，先简支后连续小箱梁由于施工便捷，占用场地小，特别适合城市桥梁，具有很高的推广价值。本文结合设计　实例，对先简支后连续小箱梁的计算分析和设计要点作了较为详细的阐述，可供类似桥梁设计参考借鉴。　关键词：先简支后连续；小箱梁；设计计算　１工程概述　安徽桐城南山路跨铁路桥位于桐城市城东区南山路上，连　接城区和开发区。南山路大桥跨越合九铁路，与铁路正交，根据　道路纵断面布置，南山路大桥的桥跨布置为：９￣２５＋３０＋６￣２５＝　４０５ｍ。其中３０ｍ跨径的为简支小箱梁，９￣２５和６￣２５为先简支后　连续的小箱梁。该桥桥宽２１ｍ，桥面布置为：２，５ｍ人行道＋２ｘ８ｍ　机动车道＋２．５ｍ人行道＝２１ｍ。横向采用７片小箱梁，其中５片中　箱梁，２片边箱梁。桥面横坡：机动车道为１．５％的双向坡，人行道　为２％的单坡（见图１、图２　ｏ　桥梁标准横断面图Ｉ　１　７Ｏ　一囊　：＿二　图１箱梁横向布置图（单位：ｃｍ）　跨中横断面　１：３３　梁端横断面　束张拉锚具的空间要——　跨径　位置　２—　０ｍ　２　５ｍ　３０ｍ　３５ｍ　４０ｍ　案，化翌望　顶扳厚度ｃ　ｃｍ　主１　８　１　８　１　８　１　８　１　８　在支点处底板厚度１　８　１　８　１　８　１　８　１　８　瞻　酉睁　取　ｃｍ、腹板厚度取　３５　底扳厚度（　２　５　２　５　２　５　２　５　２　５图２箱梁截面图（单位：（３ｍ）　２先简支后连续小箱梁的特点　３５ｃｍ。　腹扳厚度（ｃｍ）　；　；　１　８　１　８　２　５　２　５　２　５　２　５　２　５　３，２小箱梁的计算。本文以６跨２５ｒｎ一联为例，使用上海同　先简支后连续体系是连续梁桥施工中较为常见的一种方　豪土木工程咨询有限公司的桥梁博士计算软件（版本号３．１．０）对　法。一般先架设预制主梁，形成简支状态，进而再将主粱在墩顶　中箱梁建立计算模型，进行结构计算。模型共建立了１６６个单　２号、２８号、５６号、８４号、１１２号、１４０号和　形成整体，最终形成连续梁体系。概括地讲简支转连续施工方法　元，１６７个节点，其中，６６号节点为支座节点。计算模型如图３：　是采用简支梁的施工工艺，却达到了建造连续梁桥的目的。它具　１有以下特点：（１）结构轻盈、建筑高度小、配筋少，外形美观，伸缩　缝少，行车舒适；（２）同宽度桥比较，采用小箱梁，横向梁片数少，　图３　６跨２５ｍ小箱梁计算模型　结构整体性好，有利于加快施工进度，而且其截面为闭合箱形，　３，２，１设计荷载取值。（１）一期恒载。一期恒载包括主梁材料　预应力混凝土容重取２６ｋＮ／ｍ，。（２）二期恒载。二期恒载包括　较其它断面形式的抗扭能力强；（３）支点处的负弯矩可以有效卸　重，桥面铺装：沥青混凝土铺装厚　载一部分跨中正弯矩，梁高较简支板厚度小，同时跨度也可提　桥面铺装、防撞护栏、人行道板等；ｍ３；桥面调平层６ｃｍ，容重２５ｋＮ／ｍ　；防撞护栏：　高，具有较高的经济性；（４）简支转连续有下面几种常见的方法：　８ｃｍ，容重２４ｋＮ／４ｋＮ／ｍ；人行道栏杆：单侧８ｋＮ／ｍ；人行道道板及其纵梁：　ａ．将主梁内的普通钢筋在墩顶连续Ｉｂ．将主梁内纵向预应力钢束　单侧９．３ｋＮ／ｍ。（３）收缩徐变。收缩徐变时间取１０年，即３６５０天。　在墩顶采用特殊的连接器进行连接；ｃ．在墩顶两侧一定范围内的　单侧４．４）汽车荷载。荷载等级：城市Ａ级。（５）温度荷载。整体温差：升　主梁上部布设局部预应力短束来实现连续。方法ａ虽然简单易　（Ｃ；局部温差：无；梯度温度：根据《公路桥涵设计　行，但常在墩顶负弯矩区内发生横向裂缝，影响桥梁的正常使　温２０℃，降温１８￣，ｒＧ　Ｄ６０—２０ｏ４）取值。（６）支座沉降。连续梁取５ｍｍ　用。方法ｂ的效果最好，但是施工困难，故一般不采用。方法ｃ不　通用规范》（Ｊ维普资讯 http://www.cqvip.com 民蕾科技　丽　两　建筑·规划·设计　的基础不均匀沉降。（７）荷载组合。根据《公路桥涵设计通用规　范》（Ｊ］ｒＧ　Ｄ６０－２００４）４．１．６条规定，公路桥涵结构按承载能力极　限状态设计时，基本组合为：　ｏＳ　：　（∑　Ｓ盈＋　Ｑ１ＳＱｌ　Ｉｌ－。∑　ｓ　）　】　；　】　（１）　图６　为９．７８ＭＰａ、９，７８ＭＰａ，与前—施工阶段相比较，压应力增大，且满　或　（∑　＋ｓＱｌ　帆∑　）　１　１　Ｊ＝２　（２）　足容许应力要求；同样增大了跨中抵抗弯矩的能力（见图７）。　根据《公路桥涵设计通用规范》（Ｊ１ｌＧ　Ｄ６０—２０￣）４．１．７条规　定，公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时，作用短期效应组　合为：　图７　而后，对使用状态进行查看。计算时。按照Ａ类预应力构件　∑ｓ吼＋∑Ｉｌ－　ｉ＝ｌ　ｊ＝！　（３）　设计，即：在作用的短期效应组合下，　ｓｔ　ｐｃ≤Ｏ．７ｆｃｋ；但在荷载　长期效应组合下ａｌｔ一　ｐｃ≤Ｏ。计算结果如下图８示。　作用长期效应组合为：　ｓ　∑　＋∑Ｉｌ－　曙　ｉ＝１　ｌ－１　（４）　（ａ）使用阶段短期荷栽组合弯矩包络图（单位：ｋＮ．ｍ）　３．２．２施工阶段划分：施工阶段一：箱梁预制，简支状态；施工　阶段二：第一孔与第二孔简支转连续，第五孔与第六孔简支转连　续；施工阶段三：第二孔与第三孔简支转连续，第四孔与第五孔　简支转连续；施工阶段四：第三孔与第四孔简支转连续，至此，一　联的体系转换完成；施工阶段五：进行桥面铺装；施工阶段六：收　缩、徐变。　３．２．３计算结果。首先，我们来看施工阶段应力能否满足要　求：　（ｂ）使用阶段短期荷栽组合上下缘最小应力图（单位：ＭＰａ）　施工阶段一：为简支状态，跨中截面１４、４２、７Ｏ、９８、１２６、１５４　（ｃ）使用阶段长期荷栽组合弯矩包络图（单位：ｋＮ．ｍ）　为控制性截面，截面最不利应力分别为９．６３ＭＰａ、７．６１ＭＰａ、　７．６１ＭＰａ、７．６１ＭＰａ、７．６１ＭＰａ、７．６１ＭＰａ、９．５９ＭＰａ、，满足容许应力　２２．７ＭＰａ。此处应力为压应力值（见图４）。　（ｄ）使用阶段短期荷载组合上下缘最小应力图（单位：ＭＰａ）　图８　图４　由计算结果可以看出，模型中各节点的应力无论是施工阶　施工阶段二：体系转换一，将第一孔与第二孔进行体系转　段还是使用阶段的短期组合、长期组合，均能满足规范要求；并　换，将第五孔与第六孔进行体系转换。跨中截面１４、４２、１２６、１５４　且由于负弯矩可有效卸载一部分的跨中正弯矩，使得结构抵抗　分别对应压应力为１０．７８ＭＰａ、８．７８ＭＰａ、８．７８ＭＰａ、１０．７３ＭＰａ，与施　弯矩的能力增强。　工阶段一比较，压应力增大，且满足容许应力要求；可见，简支转　结束语：对先简支后连续小箱梁的计算，应该注意的几个设　连续后由于负弯矩影响，使得跨中抵抗能力增强（见图５）。　计要点：ａ．先简支后连续小箱梁应按照Ａ类或Ｂ类预应力构件　设计要求设计；ｂ．部颁８５规范的先简支后连续小箱梁的预应力　钢束已不能满足新规范的荷载计算，计算时应合理调整钢束布　置及钢束编束；ｃ．因钢束的调整，对截面应进行合理调整，考虑到　图５　锚具的张拉空间要求，对支点张拉截面的底板、腹板厚度适当加　施工阶段三：体系转换二，将第二孔与第三孔进行体系转　换，将第四孔与第五孔进行体系转换。跨中截面４２、７０、９８、１２６　分布对应压应力为９．７３ＭＰａ、８．７９ＭＰａ、８．７８ＭＰａ、９．７４ＭＰａ，与前一　施工阶段相比较，压应力增大，且满足容许应力要求；同样增大　了跨中抵抗能力（见图６）。　换，从而完成整联的体系转换。跨中截面７Ｏ、９８分别对应压应力　厚；ｄ计算时，应考虑梯度温度及不均匀沉降对整个构件的影响。　其中，计算过程中发现梯度温度对整个体系的影响很大，如采用　混凝土路面下的梯度温度，体系中拉应力值超标很多，计算无法　通过；如采用沥青路面下的梯度温度，则计算通过，故先简支后　连续小箱梁上宜采用沥青混凝土路面，以降低梯度温度对体系　　施工阶段四：体系转换三，将第三孔与第四孔进行体系转　的影响。