预应力混凝土连续梁桥应力验算数值模拟分析

摘要：利用桥梁结构分析软件对跨度为40m+70m+40m的三跨预应力混凝土连续箱梁桥进行数值模拟分析，分别对施工阶段法向压应力、受拉区预应力钢筋的拉应力、使用阶段抗裂、使用阶段抗压进行验算，其验算结果均符合规范规定。

关键词：预应力；混凝土；梁桥；验算；数值；阶段抗裂；阶段抗压；规范

中图分类号：TU528.571 文献标识码：A

0 前言

预应力混凝土连续箱梁桥是预应力桥梁中的一种，它具有整体性能好、抗震性能好，结构刚度大、变形小，特别是主梁变形挠曲线平缓，桥面伸缩缝少，行车舒适等优点。加上这种桥型的设计施工均较成熟，施工质量和施工工期能得到控制，成桥后养护工作量小，在公路、城市和铁路桥梁工程中得到广泛采用。本文以40m+70m+40m的三跨预应力混凝土连续箱梁桥为例，其施工方法为悬臂浇筑法，通过分析对施工阶段法向压应力、预应力钢筋拉应力、使用阶段抗裂、使用阶段抗压进行验算，其计算结果仅供参考。

1 模型的建立

主梁为变截面的混凝土空心箱梁，桥墩为圆形墩，桥墩之间用连系梁将两桥墩连接在一起，均采用C50混凝土；桥墩顶部与主梁的边界条件采用弹性连接中的刚性连接；桥墩底部边界条件采用一般支承，6个方向均被约束；桥台采用一般支承模拟，约束Dx、Dy及Rx三个方向；主梁两端与桥台采用弹性连接中的刚性连接。截面的建立采用PSC截面设计，利用CAD软件将各梁截面转化为dxf文件，并将其导入到midas civil的截面特性值计算器中进行截面特性计算，并生成sec文件，再将其导入到midas civil进行相应的结构计算。全桥模型如图1所示：

图1全桥模型

2 结构计算分析

结构分析时考虑的荷载类型包含梁体自重、二期恒载(60kN/m)、汽车车道荷载(双车道)、温度荷载(温度梯度，按《公路桥涵设计通用规范》100mm沥青混凝土铺装层（14℃/5.5℃）)、挂蓝荷载(按500kN集中力，偏心距离2.8m计算)、支座沉降(5mm)及预应力荷载。

2.1 施工阶段正截面法向压应力验算

本桥采用悬臂浇筑对称施工，共计11个施工阶段，悬臂施工阶段各桥墩与主梁临时固结，形成T形结构，最后进行中跨合龙、体系转换、边跨合龙，每施工完一段便进行预应力钢筋张拉，施工过程中的最大双悬臂阶段为中跨合龙前一施工阶段，最大单悬臂阶段为边跨合龙前一阶段，且主墩上临时支撑已经拆除，完成体系转换。成桥阶段边跨已合龙，且已完成桥面铺装。某一施工阶段施工过程如图2所示，施工阶段法向压应力验算结果如表1所示，最大压应力为各施工荷载作用下，所有点应力的最大值。

图2 某一施工阶段施工过程简图

表1 施工阶段法向压应力验算结果

表1中所列的压应力，为各施工阶段施工荷载产生的最大压应力，从表1中可以看出最后一个施工阶段产生的正截面压应力是最大的，而且随着施工阶段的进行，越往后产生的正截面压应力越大。

2.2 受拉区预应力钢筋拉应力验算

本模型中的梁为全预应力混凝土构件，采用1860钢绞线，张拉控制应力为1395Mpa,张拉方法采用后张法进行张拉，遵循对称、同步地进行施工，施工阶段预应力钢筋拉应力验算结果见表2，使用阶段预应力钢筋拉应力验算结果见表3，表中只列出比较有代表性的钢束，表中Sig_DL表示施工阶段预应力钢筋应力；Sig_LL表示使用阶段预应力钢筋应力；Sig_ADL表示施工阶段容许应力；Sig_ALL表示使用阶段容许应力，通过计算分析，所有预应力钢筋的拉应力均符合规范要求，验算合格。

表2 施工阶段受拉区预应力钢筋拉应力验算结果

表3 使用阶段受拉区预应力钢筋拉应力验算结果

2.3 使用阶段截面抗裂验算

使用阶段截面抗裂验算包括正截面抗裂验算和斜截面抗裂验算，由于是全预应力混凝土构件，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）的相关规定应采用短期效应组合，计算结果见表4、表5，容许应力为，表中应力压为正，拉为负，表4中梁各关键截面的应力均为正，说明使用阶段正截面混凝土处于受压状态，混凝土不会发生开裂，验算合格；表5为斜截面抗裂验算，在剪力作用下，梁各关键部位的最大应力均为负，说明混凝土处于受拉状态，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-

2004）的相关规定，混凝土主拉应力，通过计算均满足规范要求，验算通过。

表4 使用阶段截面抗裂验算结果

2.4 使用阶段截面抗压验算

使用阶段正截面抗压验算结果见表6，边跨跨中产生的压应力最小，中跨跨中产生的压应力最大，但未超过容许压应力，计算结果满足规范要求，验算合格。

表6 使用阶段正截面抗压验算结果

3 结论

通过计算分析，对该桥进行施工阶段法向压应力、受拉区钢筋的拉应力、使用阶段抗裂、使用阶段抗压等的验算，其验算结果符合规范规定，验算合格，同时，当连续梁桥采用悬臂法施工时，梁正截面法向压应力随着施工进度进行，其值总体呈逐渐增大的趋势发展，这对施工具有一定的指导意义。

4 参考文献

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[2]李乔. 桥梁结构分析的计算机方法. 成都：西南交通大学，2000

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[4]张继尧，王昌将．悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥．北京:人民交通出版社．2004

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