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1、浅议预应力混凝土变宽异型箱梁桥设计 摘要：本文结合某公路互通立交桥设计，运用空间剪力柔性梁格对预应力混凝土变宽异性箱梁桥的计算分析，得出等高度异型变宽箱梁的受力特点，对同类桥梁的型式选择、局部构造、箱室划分等方面提出较为优化的设计方法。关键词：异型变宽箱梁梁格法内力分析中图分类号：TU375文献标识码：A文章编号：引言随着我国交通事业的快速发展，大型复杂的互通立交和城市高架桥不断涌现。为了满足行车舒适、造型美观、线形流畅的需要，曲线桥、斜桥、变宽、超宽、分叉等异型桥梁结构变得非常流行。异性桥梁除承受弯矩和剪力外，横桥向会产生较大的扭转和翘曲，产生“弯扭耦合”效应，
2、箱型截面因其抗扭刚度大，实际运用较多。1计算理论5目前，桥梁结构分析主要采用有限元理论方法，其主要包括空间梁单元、梁格法、空间实体单元。空间梁单元对于异性结构，分析结果不够准确，空间实体单元由于数据量大、过程繁琐，对于具体设计不太实用。梁格法是针对桥梁上部结构比较实用有效的空间分析方法，计算结果与实体元法较为接近，精度上能满足工程设计需要，而且节省了大量的时间，具有广泛的实际应用价值。梁格法是将桥梁的上部结构用一个等效的梁格来模拟,把每一区域内的抗弯和抗扭刚度集中到最邻近的梁格内,纵向刚度集中到纵向构件内,横向刚度集中到横向构件内。运用梁格法进行分叉异形桥梁结构的计
3、算,可将多室箱梁桥模拟成一个纵、横交叉梁系构成的空间受力体系,模型符合实际受力情况,能充分考虑纵向和横向的受力特性,且容易在有限元程序中实现。2计算实例以某公路互通立交桥为例，该联箱梁为3×23m等高度变宽单箱多室预应力混凝土连续箱梁，桥面宽10.5m~21.57m，前两跨为单箱三室截面，第三跨增设一道腹板为单箱四室截面。全桥平面构造见图-1。图-13×23m变宽异型箱梁平面构2.1梁格模型运用midascivil2012计算软件建立梁格模型，全桥共划分为269个节点,406个单元。划分单元时,综合考虑了腹板、顶底板变厚，以及计算精度要求等因素,将纵梁单元在横梁、截
4、面变化处等关键部位进行划分,且在5内力变化剧烈的地方(如支座和横梁处)加密了网格。模型在实际支座位置设置了约束,且通过调整节点局部坐标系使节点与实际的支座约束方向一致。图-23×23m变宽异型箱梁网格模型平面2.2计算结果荷载工况为:结构自重+二期恒载+活载+收缩徐变+温度荷载+支座不均匀沉降，计算得到此梁格模型的各纵梁、横梁的内力应力，根据内力包络图可进行结构受力分析和预应力束的配置。图-3各腹板单元内力图由上图可以看出，各个腹板跨中的弯矩和剪力不同,2#、3#腹板内力较大,因此在设计中需要配置较多的预应力束。为改善箱梁整体受力情况，在分叉变宽段增设一道腹板即5#
5、腹板,考虑到腹板数量变化处易出现受力突变，将钢束锚固点置于主梁截面形心。表-1各腹板应力及挠度5按照初始的内力结果配置了预应力束，经过对构造和配束进行合理的微调之后，重新建立带有预应力束的梁格模型计算，计算结果见表-1。异型变宽箱梁实际是带有顶板、底板、腹板、横隔板的空间结构，其内力求解属于空间力系求解问题，从表中可以看出，梁格模型的计算结果较真实体现变宽弯桥受力不均匀性的特点，根据结果进行设计优化后，各腹板的应力状态较为均衡，整个结构较为经济合理。3结论（1）通过梁格模型计算分析看，变宽箱梁桥纵向腹板之间应力分布不均匀。可根据内力结果可以进行不对称的、经济合理的预
6、应力配束。（2）从结构安全、构造、配筋综合考虑，箱室个数选择要合理，箱室间距要均衡。为了美观和施工方便，箱梁外腹板和外边线变形，内腹板一般与路线设计线或车道线平行，而中间腹板常规做法是和内腹板平行。（3）异型箱梁的顶、底板尺寸比普通箱梁宜稍大。根据变宽箱梁抗扭的需要以及支点反力不均的情况，横梁尺寸应比普通箱梁大，还需要配置足够的抗扭钢筋。当桥面宽变化大时，可以通过增设腹板的方式来调整箱梁整体受力的均衡性。（4）通过对实际工程的计算分析，验证了梁格法可以省去繁琐的计算过程，精度上能满足工程设计的需要，适用于变宽异型箱梁桥的工程设计。参考文献【1】戴公连,李德建.桥梁结
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