两种不同梁高对桥梁设计的影响分析

两种不同梁高对桥梁设计的影响分析

杨新刚

(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，上海200092）

摘要：本文结合具体工程实例，通过计算相同跨径两种不同梁高的预应力混凝土连续箱梁，对比了不同梁高下的各项技术指标，为今后类似工程的最优化设计提供了理论依据，对工程有一定的指导意义。

关键词：梁高连续梁指标

1.概述

桥梁是铁路、公路或城市道路的重要组成部分，特别是大、中桥梁的建设对当地政治、经济、国防等都具有重要意义。

桥梁按照所使用的材料可以分为钢筋混凝土桥、预应力钢筋混凝土桥、钢结构桥、木桥、圬工桥等。按结构体系可以分为简支梁桥、连续梁桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥、悬臂桥、刚构桥、桁架桥及以上几种体系的组合形式桥梁。按照桥梁断面可以分为板梁、T梁、Π梁、小箱梁、大箱梁等。

箱形截面由于具有良好的结构性能，因而在现代各种桥梁中得到广泛应用。在中等、大跨预应力混凝土桥梁中，采用的箱梁是指薄壁箱形截面的梁。

箱形截面梁分为小箱梁和大箱梁两种类型。小箱梁由于每片梁一根一根纵向排列，从桥下仰视梁底，纵、横梁密布，比较凌乱，且预制与现浇段有色差，景观效果稍差。大箱梁结构简洁、轻盈，线条流畅，桥下视觉较通透开阔，行车平稳，总体上较为美观舒适，结构耐久性好，在现代城市桥梁中应用越来越广泛。

大箱梁断面可以分为单箱单室，单箱双室、双箱单室、单箱多室、双箱多室等断面类型。其外形有直腹断面、斜腹断面。斜腹断面因更符合现代城市气息，实际工程中使用较直腹断面多。

箱梁结构根据应力度不同，可以分为普通钢筋混凝土梁桥、部分预应力混凝土梁桥和全预应力混凝土梁桥。通常所说的预应力混凝土连续梁是指部分预应力混凝土梁桥，这是一种传统的梁式结构体系，施工方法成熟，结构整体性好，适应性强，跨越能力大，可采用现场浇注也可采用预制部分箱体结构。其外形美观，适应路线线形变化能力好。特别是采用大跨径跨越路口交通时，梁底可采用抛物线型变化，使得桥下景观通透开阔，既能满足交叉口行车视距的要求，又使得桥下视觉通透，造型更优，景观效果好。

然而在实际工程设计当中，受到净空、景观、经济性等各方面因素的影响，合理选取梁体高度以实现最优化设计，显得很有必要。

本文通过对比两种不同梁高的预应力混凝土箱梁计算分析，得出了一般结论，为其他类似工程的研究提供了理论和实际依据。

2.工程概况

选取典型的跨径布置3x30m，桥宽8.5m为计算样本，分别选取1.8m、2.0m两种梁高进行计算。

3.计算分析

3.1计算原则

1）保持断面的宽度不变；

2）施加到3x30m一联结构上的恒载、活载保持不变：

3）通过调整预应力钢束的配束情况，是模型计算满足规范规定的各项指标。

3.2计算模型

3.3主要计算结果对比

混凝土采用C50，预应力采用1860Mpa钢绞线。按预应力A类构件对主梁进行验算，各项计算指标均满足现行有关规范要求，主要计算结论如下。

（1）梁高1.8m预应力混凝土连续箱梁计算结果：

持久状况正常使用极限状态抗裂验算：短期效应组合下，正截面拉应力1.855MPa，长期效应组合下正截面无拉应力，主拉应力1.14Mpa，满足规范规定。

持久状况应力验算：标准值组合下，最大压应力12.29MPa，满足规范规定。最大主压应力12.28MPa，满足规范规定。

在汽车作用（不计冲击力）下的竖向挠度为4mm，满足要求。

承载能力极限状态下，跨中抗力32196Knm＞内力23332Knm，中支点抗力46436Knm＞内力9453Knm，可见结构强度满足规范要求。

（2）梁高2.0m预应力混凝土连续箱梁计算结果：

持久状况正常使用极限状态抗裂验算：短期效应组合下，正截面拉应力1.07Mpa，长期效应组合下正截面无拉应力，主拉应力1.00Mpa，满足规范规定。

持久状况应力验算：标准值组合下，最大压应力13.46MPa，满足规范规定。最大主压应力13.65MPa，满足规范规定。

在汽车作用（不计冲击力）下活载挠度8.6mm，满足要求。

承载能力极限状态下，跨中抗力31183Knm＞内力24652Knm，中支点抗力46982Knm＞内力9480Knm，可见结构强度满足规范要求。

3.4技术指标对比

预应力混凝土连续梁施工质量对结构很重要，因此对预应力施工有以下要求：

（1）支架必须具有足够的强度、刚度和稳定性，并采取措施消除压缩变形，纵、横、斜构件结合紧密，整体性要好，能承受施工过程中可能产生的各种荷载。

（2）箱梁混凝土浇筑时首先浇筑竖向支架刚度最为薄弱区域（远离竖向支架）的混凝土，然后再进行刚度较大区域（竖向支架附近）混凝土的浇筑。浇筑箱梁混凝土时应统一指挥，加强管理。

（3）预应力张拉次序按照横向与纵向预应力钢束结合交错进行张拉：先张拉一半的横梁钢束→张拉纵向腹板束→张拉剩余横梁钢束→张拉顶、底板钢束；预应力张拉按先长束后短束、左右平衡对称张拉的原则进行。

4.结论

1）通过合理布置和精心计算，两种梁高下的应力、强度等各项指标都是可以满足规范要求的。

2）在满足规范的前提下，2m梁高的预应力混凝土箱梁比1.8m的梁所使用混凝土方量较多，但钢筋和钢绞线的用量少，综合来看是更经济的。结合工程实例论述该计算方法的可行性及对工程实践的指导意义，为今后类似工程提供了参考。

参考文献：

[1]范立础.桥梁工程（上）[M].北京:人民交通出版社，2001

[2]《城市桥梁设计规范》CJJ11-2011

[3]中华人民共和国交通部.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG/TD60-2004)[M].北京:人民交通出版社，2004

[4]中华人民共和国交通部.公路桥涵施工技术规范(JTG/TF50-2011)[M].北京:人民交通出版社，