小半径曲线预应力砼箱梁计算研究

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1、小半径曲线预应力砼箱梁计算研究　　摘要：文章通过一座预应力砼曲线梁桥实例，详细介绍了小半径曲线梁桥的结构受力特性，对小半径曲线梁桥设计过程中普遍存在的问题和加固方案进行了简述，希望可以为同行人士提供参考。关键词：曲线梁桥；计算分析；加固方案中图分类号：K928文献标识码：A文章编号：1、引言随着国民经济和社会的发展，公路和城市中大量兴建互通式立交桥，由于受到交通功能的要求和地形条件的限制，立交桥上诸多匝道桥采用曲线构造。这些桥梁线型变化多端，结构受力比较复杂，特别是小半径曲线梁桥，设计中应予以重视。2、曲线梁桥特

2、点小半径曲线梁桥主要有以下几个特点：1）由于曲率的关系，垂直荷载作用在曲线梁上时，同时产生弯矩、剪力和扭矩，并彼此互为影响，在曲线梁桥上的竖向挠度为弯曲与扭转两者竖向挠度的迭加。2）通常桥梁宽度与曲率半径之比增长越大，则箱梁断面内力之差就越大。73）对于曲线梁桥，由于扭矩的作用，曲线外侧腹板内力大于内侧腹板，做单梁模型计算分析时应考虑足够的安全系数。4）曲线桥与一般直线桥相比，需要加大箱梁横向刚度，增加横梁构造。5）曲线梁桥的反力与直线梁桥相比，有外梁变大，内梁变小的趋势，因此在内梁中有产生负反力的可能。6）下部

3、受力计算复杂，由于内外侧支座反力相差较大，使各墩柱所受垂直力也不同，弯桥下部结构墩顶水平力，除了与直桥一样有制动力、温度变化引起的内力、地震力等外，还存在离心力和预应力张拉产生的径向力。3、设计实例某立交匝道中3孔1联预应力混凝土连续箱梁，沿道路中心线孔跨布置（34+42+33）m，其平面位于曲线上，道路中心线曲线半径R=66m，横向箱梁中心线距离道路中心线1.75m；箱梁端支座均采用双支座，支座间距3.6m；中间墩一个固结，一个墩顶设单向活动支座，均外偏箱梁中心线0.15m；箱梁平面线形及支座布置见图1。图1曲

4、线箱梁平面布置图3.1设计标准荷载标准：公路I级，2车道，40Km/h3.2主梁构造7主梁构造为单箱双室截面，梁高1.8m，顶板宽12.2m，底板宽8.057m，悬臂长度1.75m，腹板厚度0.45~0.65m，顶板厚度0.25m，底板厚度0.22m，梁端支座顶设置端横梁，横梁厚度1.0m，中墩顶设置中横梁，横梁厚度2.2m，每孔箱梁跨中设置厚度0.25m厚横隔板。3.3主梁预应力体系主梁为纵、横双向预应力体系，纵向预应力布置在腹板、底板和顶板内，采用12、9股φs15.2钢绞线，横向预应力布置在端横梁和中横梁内

5、，采用12、19股φs15.2钢绞线，钢绞线强度fpk=1860Mpa,Ep=1.95x105Mpa，钢绞线锚下张拉控制应力均为1395Mpa。箱梁截面及配束见图2。图2箱梁跨中截面及钢束布置4、计算与分析上部结构依照现行规范按部分预应力混凝土A类构件设计。采用平面杆系分析时得主梁检算均符合规范要求。箱梁再采用空间杆系程序“midascivil2010”模拟各施工阶段及使用阶段进行计算。通过与平面杆系程序计算结果对比，得到曲线梁设计要点。建立模型时考虑墩身刚度的有利影响，空间分析模型见图3。图3空间梁单元分析模型

6、7计算中考虑的荷载：恒载(包括一期恒载和二期恒载)、预应力、汽车荷载、温度变化力、基础变位影响力、混凝土收缩徐变影响力、内外侧弧长不同引起的恒载弯矩等。4.1主梁计算结果计算结果显示，按现行规范，与平面杆系程序计算相同的箱梁截面各项应力对比。主梁跨中正截面应力相差较小，两个程序计算结果基本一致。中支点截面应力相差较大，空间程序中考虑了扭转效应在角点位置应力相差明显。截面应力如图4。（a）平面单元中跨范围内上缘应力包络图(MPa)（b）空间单元中跨范围内左侧上缘应力包络图(MPa)（c）空间单元中跨范围内右侧上缘应

7、力包络图(MPa)图4中跨截面上缘应力计算图示4.2截面抗扭及支座反力平面杆系计算中截面的扭矩和支座反力无法直接反映出来，易造成设计中检算项目遗漏，现以空间杆系程序计算并对比分析。71）截面扭矩。较大扭矩主要发生在边跨靠端横梁附近和中跨靠中横梁附近，检算部分截面抗扭强度不能通过，主要集中在中跨较大扭矩区段。与端横梁附近扭矩区段相比此位置截面加厚区段长度较小，截面剪力较大，箍筋配置仅为满足抗剪需要富余不足。进而分项分析截面扭矩组成，以中跨近中墩附近截面（模型中23、36号单元）扭矩列表，见表1。2）支座反力。根据计

8、算结果，在二期恒载施加后，梁体两侧端支座中曲线内侧支座均出现负反力，表明内侧支座脱空。进行箱梁抗倾覆计算，曲线梁恒载稳定力矩较大，不会发生倾覆；但因箱梁端支点为单点支撑，箱梁梁端在最不利荷载作用下绕此轴旋转至横截面悬臂端部产生约10cm高差，影响外观质量及伸缩缝构造，不利于行车。支反力见表1。支反力为“-”表示支座受压，为“+”表示支座受拉。表1扭矩及支座反力表由上述计算