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預應力混凝土連續梁橋設計分析
摘要：目前的橋梁建設中，預應力混凝土連續梁橋的應用越來越廣泛。本文介紹了渭河特大橋跨南北大堤連續梁橋的設計，這是一座采用滿堂支架法法施工、三跨變截面設計的連續梁橋，對設計計算進行了比較詳細的分析，得出了一些設計經驗。
關鍵詞：預應力混凝土; 設計; 連續梁橋
預應力混凝土連續梁橋是大跨徑橋梁的主要橋型之一，它能充分發揮高強材料的特性，具有可靠的強度、剛度以及抗裂性能，具有變形小、結構剛度好、行車平順舒適，伸縮縫少，養護簡易，抗震能力強等優點。
韋莊至羅敷高速公路是陜西省“2367”高速公路網規劃中榆商線的重要組成路段，也是已建成的連霍高速與京昆高速之間的聯絡線之一。渭河特大橋為全線惟一一座特大橋，為陜西省內跨渭河最長的公路橋梁，橋梁全長4457米，主橋上部結構采用50+75+50m預應力混凝土連續梁橋。
一、設計技術標準
公路等級：一級公路;
設計行車速度：100公里/小時;
橋面寬度12.9m：0.5m(防撞護欄)+11.5m(車行道)+0.9m(防撞護欄)，橋面設雙向2%橫坡;
設計荷載：公路―Ⅰ級;汽車制動力等按規范取值;
設計溫度：系統溫度±20度，溫度梯度采用規范取值;
地震：基本烈度為Ⅷ度，地震動峰值加速度值： 0.25g;
設計洪水頻率：1/300。
二、結構形式
圖2.1 渭河特大橋主橋結構形式圖
2.1上部結構截面布置
圖2.2 跨中斷面
圖2.3 根部斷面
2.2預應力體系
腹板、頂板、邊跨頂、底板合攏索及中跨底板合攏索縱向預應力鋼束采用19-φs15.2，頂板橫向預應力鋼束采用3-φs15.2。
三、設計荷載
① 一期恒載：預應力混凝土容重取2.6t/m3，主梁按實際斷面取值，橫隔板、齒板以集中力計入。
② 二期恒載：包括護欄、橋面鋪裝等。
③ 活載： 公路-Ⅰ級。
④ 溫度梯度：主梁頂、底板日照溫差按照《公路橋涵設計通用規范》4.3.10條規定取值計算;
整體升降溫按照±20℃考慮。
⑤支座沉降：主墩20mm，邊墩10mm。
⑥沖擊系數：按照《公路橋涵設計通用規范》4.3.2計算求得μ=0.06。
四、計算分析
4.1內力組合計算結果
圖4.1恒載+附加力+活載彎矩包絡圖
圖4.2 恒載+附加力+活載剪力包絡圖
4.2持久狀態極限承載能力驗算
表4.1 持久狀況承載能力極限狀態正截面抗彎驗算(單位：KN.m)
位置 最大/最小 組合名稱 rMu Mn
邊跨跨中 最大 組合10 59554.2 72142.8
最小 組合9 -4432.9 69648.0
1#主墩墩頂 最大 組合10 -156762.0 425321.5
最小 組合9 -283868.1 425321.5
中跨跨中 最大 組合10 109371.6 121044.2
最小 組合9 40517.3 121044.2
2#主墩墩頂 最大 組合10 -156889.0 425321.5
最小 組合9 -284011.1 425321.5
最大/最小：不同荷載組合產生的截面彎矩的最大、最小值
rMu：r×Vd(重要性系數×最大彎矩組合) Mn：結構抗彎承載能力
可見，上部箱梁持久狀態極限承載能力驗算滿足規范要求。
4.3持久狀態正常使用極限狀態抗裂驗算
預應力混凝土受彎構件為滿足正常使用極限狀態，應進行正截面和斜截面抗裂驗算。
①正截面抗裂驗算
表4.2 短期荷載效應下主梁正截面抗裂驗算 (單位：Mpa)
位置 荷載組合名稱 截面上端最小應力 最小應力 容許拉應力
截面下端最小應力
邊跨支點 組合3 0.36 0.36 0
5.96
邊跨跨中 組合3 1.94 1.94 0
7.61
1#主墩墩頂 組合3 1.92 1.92 0
9.32
中跨跨中 組合10 8.56 1.13 0
1.13
2#主墩墩頂 組合3 2.07 2.07 0
9.28
注：表中正值表示壓應力，負值表示拉應力。
規范強制性條款6.3.1，對于全預應力混凝土受彎構件，在短期效應組合下不允許出現拉應力。最不利狀態下截面最小壓應力為0.36 MPa，滿足規范要求。
②斜截面抗裂驗算
表4.3 短期荷載效應下主梁斜截面抗裂驗算 (單位：Mpa)
位置 組合名稱 主拉應力值最大值 容許主拉應力
邊跨支點 組合10 -0.80 -1.06
邊跨跨中 組合8 -0.19 -1.06
1#主墩墩頂 組合10 -0.98 -1.06
中跨跨中 組合10 -0.06 -1.06
2#主墩墩頂 組合10 -0.96 -1.06
注：表中正值表示壓應力，負值表示拉應力。
最不利狀況下，截面主拉應力最大值為0.98MPa，出現在主墩墩頂截面。規范規定全預應力構件主拉應力不允許超過0.4ftk=1.06MPa，滿足規范要求。
4.4持久狀況正截面法向壓應力驗算
按持久狀況設計的預應力混凝土受彎構件，應計算其使用階段正截面混凝土法向壓應力。
表4.4 主梁正截面壓應力驗算 (單位：Mpa)
位置 組合名稱 截面上端最大應力 最大壓應力 容許壓應力
截面下端最大應力
邊跨支點 組合8 3.72 7.92 16.20
7.92
邊跨跨中 組合10 10.38 10.38 16.20
2.63
1#主墩墩頂 組合10 11.54 11.54 16.20
5.31
中跨跨中 組合10 10.52 10.52 16.20
1.69
2#主墩墩頂 組合10 11.59 11.59 16.20
5.30
注：表中正值表示壓應力，負值表示拉應力。
①截面法向壓應力
規范條款7.1.5-1，對于全預應力混凝土受彎構件，在作用標準值組合下，σkc+σpt≤0.5fck=16.20MPa，最不利狀態下截面最大壓應力為14.95 MPa，滿足規范要求。
4.5持久狀態斜截面混凝土的主壓應力驗算。
① 按持久狀況設計的預應力混凝土受彎構件，應計算其使用階段斜截面混凝土主壓應力。
表4.5 主梁斜截面主壓應力驗算 (單位：Mpa)
位置 組合名稱 主壓應力值最大值 容許主壓應力
邊跨支點 組合8 7.92 19.44
邊跨跨中 組合10 10.73 19.44
1#主墩墩頂 組合10 11.54 19.44
中跨跨中 組合10 10.52 19.44
2#主墩墩頂 組合10 11.59 19.44
注：表中正值表示壓應力，負值表示拉應力。
規范條款7.1.6-1，對于預應力混凝土受彎構件，在作用標準值組合下，σcp≤0.6fck =19.44MPa。最不利活載下主壓應力為14.95MPa，滿足規范要求。
綜上，橋梁的上部結構驗算滿足規范要求。
五、結語
預應力混凝土連續梁橋的設計與其施工方法有著緊密的聯系，不同的施工方法，在施工各階段的內力也不同，對連續梁橋，結構設計必須考慮施工方法、施工內力與變形而施工方法的選擇也應符合設計的要求。
渭河特大橋于2012年6月動工，于2014年10月竣工。建成后，將為沿線經濟發展做出重要貢獻，并與周圍景觀相協調，實現經濟性和美觀性的統一。
參考文獻：
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