济南市市政工程设计研究院（集团）有限责任公司 山东济南 250101
摘要：预应力变截面连续梁桥桥型优美、造价经济、跨越能力更好、适合做跨河桥梁，本文以泰安经济开发区石腊河桥位为案例，详细介绍了变截面连续梁桥的设计及计算过程
关键词：预应力，变截面连续梁，设计，计算
1 工程概况
泰安旅游经济开发区位于泰城西北部，东北侧毗邻泰山桃花源景区，南侧隔泰肥铁路与泰安高铁新区相望，东南侧隔京台高速与山东岱岳工业园区相连。石腊河西街位于片区北部，西起014县道，连接新建高速收费站，向东依次下穿京台高速、104国道、京沪高铁，跨越石腊河向东至石腊河东路，道路全长845.44米，红线宽40米。
石腊河西街在桩号K0+743.28处跨越石腊河，规划石腊河为矩形河槽，宽度121.5米。桥位处规划河底标高176.500米，50年一遇防洪水位标高177.500米，河道两侧预留桥下游步路，净空不小于2.2米。根据建设方意见，本桥采用36.5+50+36.5m预应力砼变截面连续梁桥，桥梁分2幅，每幅桥宽18.50m，两幅桥间距4m。上部结构采用现浇箱梁，下部结构桥台采用扶壁式桥台；桥墩采用钢筋砼柱式墩，基础采用扩大基础。
2 主要技术标准
桥梁设计采用技术标准如下：
（1）道路等级：主干路，设计行车速度60km/h；
（2）设计基准期：100年
（3）设计使用年限：100年
（4）设计安全等级：一级；结构重要性系数1.1
（5）环境等级：Ⅱ-C类
（6）汽车荷载标准：城-A级
（7）人行道荷载：按《城市桥梁设计规范》相关规定加载
（8）地震烈度：基本烈度7度，地震动峰值加速度0.10g
（9）抗震设防分类：丙类；抗震设计方法：A类；
（10）桥下净空：游步路通行净空不小于2.20m
（11）防洪标准：河底标高176.50米，五十年一遇防洪水位177.50米
3 桥梁结构设计
1）桥梁总体设计
石腊河桥跨径布置为36.5+50+36.5米，该桥为正桥；桥梁纵坡0.3%，桥面双向横坡1.5%。桥梁分为两幅，间距4m，单幅桥宽18.5米；桥面标高设计考虑桥下游步路通行净空要求。
图1 桥型立面图
2）上部结构设计
桥梁上部结构采用单箱3室变截面预应力混凝土连续箱梁，直腹板。箱梁顶宽18.40米，底宽14.40米；中支点梁高3.0米，边支点梁高1.6米，呈二次抛物线变化；腹板标准段厚45厘米，边横梁处加厚至75厘米，中横梁处加厚至75厘米；顶板厚25厘米，底板跨中厚23厘米，中支点处底板加厚至53厘米；悬臂板根部厚50厘米，端部厚20厘米；主梁中横梁宽3.0米，端横梁宽2.0米。端横梁采用钢筋混凝土结构，中横梁采用预应力混凝土结构。
图2 桥台横断面图
图3 桥墩横断面图
3）下部结构设计
桥墩采用钢筋砼柱式桥墩，矩形截面，宽1.7米，基础采用扩大基础。基底持力层为强风化花岗片麻岩（二），基底承载力为600KPa。
桥台采用钢筋砼扶壁式桥台。基底持力层为强风化花岗片麻岩（一），承载力为400KPa。桥台台后设置挡墙及锥坡与道路顺接。
4 主梁计算分析
4.1荷载
①恒载：一期恒载包括主梁、横梁等自重，主梁自重按实际断面计，容重26KN/m3/；二期恒载包括桥面铺装、
防撞护栏、人行道栏杆及机非分隔护栏等，总和取72KN/m。
②活载：
汽车荷载：城-A级；
人群荷载：按《城市桥梁设计规范》相关规定加载；
非机动车荷载：按人群荷载或机动车道分别计算，取不利者。
③温度荷载：
该桥位位于寒冷地区，体系升温20℃，降温-25℃；温度梯度按《公路桥涵设计通用规范》4.3.10条规定考虑。
④基础不均匀沉降：
竖向沉降值0.5cm。
⑤收缩徐变：
按《公路桥梁设计通用规范》相关规定进行计算。
4.2荷载组合
参照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）考虑如何组合：
按承载能力极限状态组合进行强度验算，按正常使用状态组合进行抗裂及主应力验算。
4.3主梁计算结果
借助《桥梁博士3.6.0版》，采用杆系方法对单幅桥主梁及横梁进行纵向和横向分析，采用梁格法对支反力及主梁内力进行校核，采用桥博基础计算工具对桥梁基础进行验算。
图4 主梁计算模型
1）承载能力极限状态结构强度验算
依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）（以下简称《混凝土桥规》）相关规定，极限承载能力计算考虑预应力二次矩的影响。承载能力极限状态包含最大抗力、最小抗力及其对应的内力。
①截面抗弯承载能力
图5截面最大抗力及最大抗力对应弯矩（kN•m）
图5截面最小抗力及最小抗力对应弯矩（kN•m）
②斜截面抗剪承载能力
图6截面最大抗力及最大抗力对应剪力
图7截面最小抗力及最小抗力对应剪力
2）正常使用极限状态抗裂验算
①正截面混凝土拉应力验算
按《混凝土桥规》第6.3.1条规定：混凝土的正应力应符合：
即作用（或荷载）短期效应组合下，混凝土正截面不允许出现拉应力，其中预应力分项系数为1.0。
图8短期效应组合正截面应力包络图（Mpa）
考虑桥梁博士建模计算时，为保持主梁纵向力学性能的连续性，用最靠近横梁实体的空心截面模拟横梁，空心部分的质量换算成永久荷载作用在这部分单元上，由计算结果可知，主梁正常使用极限状态截面满足《混凝土桥规》A类预应力构件抗裂要求。
②截面混凝土主拉应力验算
按《混凝土桥规》第6.3.1条规定：混凝土的主拉应力应符合：
图9主梁斜截面最大主拉应力（MPa）
由计算结果可知，主梁斜截面混凝土主拉应力满足规范要求。
3）正常使用极限状态应力验算
①混凝土压应力验算
按《混凝土桥规》第7.1.5条规定：混凝土的最大压应力应符合：
即作用（或荷载）标准值组合下，混凝土正截面最大压应力小于16.2MPa，其中预应力分项系数为1.0。
图10主梁正截面最大压应力（MPa）
由计算结果可知，主梁截面最大压应力均满足规范要求。
②混凝土主压应力验算
按《混凝土桥规》第7.1.6条规定：混凝土的最大主压应力应符合：
图11主梁最大主压应力（MPa）
由计算结果可知，主梁截面最大主压应力均满足规范要求。
5.结语
本文以实际工程案例为背景，研究多跨变截面梁桥的设计。以现有标准规范为依据，合理选取计算荷载，借助有限元计算软件进行计算分析，为同类工程项目提供计算参考。
参考文献：
［1］JTJ D62-2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］.
［2］JTJ D60-2015 公路桥涵设计通用规范［S］.
［3］CJJ 11-2011 城市桥梁设计规范［S］.
［4］GB50010-2010混凝土结构设计规范（GB50010-2002）[S]
作者简介：周杰峰（1984—），男，山东潍坊人，硕士，工程师，从事城市道路桥梁设计工作。
论文作者:周杰峰
论文发表刊物:《基层建设》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/27
标签：截面论文; 应力论文; 混凝土论文; 荷载论文; 预应力论文; 桥梁论文; 抗力论文; 《基层建设》2018年第35期论文;