整体现浇曲线连续箱梁设计

研究报告 ( 中南大学土木建筑学院， # 《高速铁路简支梁优化设计》 !""! 盛兴旺 ( 铁路预应力混凝土箱梁弯扭及支座不平整效应的 + 戴小冬，
铁道标准设计 !"#$%"& ’(")*"!* *+’#,) -../ （0）
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・ 桥梁 ・
中部高度为 ! " # $， 箱梁采用 %&’ 混凝土， 施加单 ! ! !"， 向预应力， 纵向为 !!& $$ 钢绞线， 每束 !# 根， 采用 ()* 锚具。 ! 整体现浇曲线连续梁桥的特殊性 （!） 采用整体式支架现浇施工， 结构在施工过程中 一次落架， 没有体系转换， 只需按传统的结构力学方法 直接计算连续梁结构的恒载、 活载效应以及支座的沉 降及温度次内力， 而无须计算恒载徐变二次矩。 （#） 曲线桥具有弯扭耦合的特性， 即在受荷载作用 后， 如果产生弯矩， 就必然产生扭矩； 反之， 若产生扭 矩， 则必然同时伴随着弯矩的产生。因而曲线梁在自 重及活载作用下均有向外倾覆的趋势。 （+） 在超静定曲线梁中， 由于有弯扭耦合特性， 次 内力在两支座间不再呈直线规律， 改变预应力筋所在 的中间支座的位置就会引起扭矩的变化， 同时也会发 生弯矩的变化。因此， 线性转换原则不再适用。同时， 预应力也不可能既不引起次弯矩和次剪力， 又不引起 次扭矩， 所以就不存在真正的吻合索。这给曲线梁的 配筋带来了一定的困难。 " 箱梁受力分析 曲线连续梁桥结构受力复杂， 其最大特点是具有 弯扭耦合的特性。箱梁结构不但产生纵向弯曲、 扭转、 横向弯曲及翘曲， 而且同一支墩上曲线内外侧的 # 个 支反力及箱梁内外侧的受力也有明显差别。 在连续梁受力分析中采用国内先进的 “二三维桥 梁结构 , -./0.1” 软件系统， 采用空间块单元的梁格 法进行分析， 较好地解决了这些复杂问题。使计算更 趋于科学， 确保结构的安全可靠。 该模型类似于梁格法模型， 它也是将结构视作纵 梁和横梁组成的梁格体系， 所不同的是此处的横梁不 再是支承于纵梁之上的连续梁， 而是在与纵梁交叉处 （称为节点） 和纵梁刚性相接， 这更符合实际情况。在 该模型中无论是纵梁还是横梁都采用空间梁单元模 拟。梁格法的基本思路是将曲线梁模拟为由纵横梁组 成的梁格体系， 其中纵梁模拟桥的纵向弯曲和扭转刚 度， 横梁模拟横向的弯曲和扭转刚度。采用此种方法 能够很好地模拟纵横梁为主要受力体系的结构。 由于梁格法为高次超静定体系， 仍然需要通过有限 元法来实现。程序在进行网格自动划分时， 有两种方 法： 梁边缘控制法和腹板节点控制法。要求用户输入的 基本要素有 + 点： 图 # 中水平线为梁走向线， 竖向为网 格控制线， 小圆点表示节点。首先， 在 %-2 中确定纵横 "!
・ 桥梁 ・
整体现浇曲线连续箱梁桥设计特点
周路舟
（沈阳铁路局大修设计所 摘 要 辽宁沈阳
田
真
辽宁丹东 $$)"""）
$$""!$； ! ( 沈阳铁路局丹东工务段
着重阐述 # 孔曲线连续箱梁桥的特殊性、 箱梁受力分析及主要内力特点。 曲线桥 连续箱梁 设计特点
关键词
目前， 铁路平交道口改立交工程的数量不断增加， 上跨铁路时主跨布置为中等跨度曲线桥的情况很多， 连续梁便成为上部结构的优选方案。特别是钢支架及 支架构件的标准化和装配化的提高， 使整体式支架施 工得到了广泛的应用。 ! 箱梁设计 跨越铁路部分主桥位 长大线大房身立交桥 （图 $）
图!
连续梁布置 （单位： "#）
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! （*） 面； 而到支点截面， 最大横向拉应力略小于容许值。 综上分析， 采用腹板坡度为 $+& 、 腹板厚度为 当支座不平整量为 $ ,, 时， 仍然是支座到梁端 范围应力水平较高， 但 !*,"、 #!," 横向拉应力最大值 均百度文库足 ! ( & ./0， 符合规范要求。 若要使结构的拉应力水平不超过混凝土 （1+"） 的极 限值 $ 23， 支座不平整量限位值需取 $ ,,， 这样会给施工 提出过于严格的要求。 本文建议支座不平整量限值取 ! 同时， 结构设计中增加局部构造钢筋， 严格将裂缝 ,,， 控制在规范容许的范围内。 具体措施见文献 ［#］ 。 $ 结论及建议 支点位置 % " %+ 2, 的结构 （表 $ 中的 ," 方案） ， +" 2,、 虽然结构体积、 吊装质量和直接投资相对于其他方案 略有增加， 但结构构造、 受力、 变形性能更为合理， 且方 便施工， 能达到和满足结构参数优化的目的和要求， 建 议采用该方案。 （+）京沪高速铁路箱梁结构刚度大， 支座不平整 度对结构的受力有很大的影响， 一个支座完全脱空状 态下， 自重状态下结构端部将因横向应力过大严重开 裂， 建议对支座不平整量进行限位， 依据分析， 建议取 为 ! ,,， 同时在结构设计方面加强局部构造配筋。 （’）需要注意的是， 由于高速铁路对线路的平顺 度要求非常高， 本文箱梁的徐变上拱度大， 施工中采取 适当的技术措施， 严格控制后期徐变量， 确保其在容许 范围内。 参考文献
收稿日期： !""# "$ !% 第一作者简介： 周路舟 （$&’&—） ， 男， 工程师， $&&# 年毕业于西南交通 大学桥梁工程专业， 工学学士。
于 ! " *’+ , 曲线上， 根据地形地势条件布置为 #! , 桥 - *" , - #! , 三孔一联曲线预应力混凝土箱梁桥。 面全宽 $$ # + ,， 箱梁底板宽度为 % # + ,。 上部结构为单 箱变截面箱形梁， 梁的根部高 度 为 ! # +, ， 高跨比为
（#） 横向内力
曲线连续梁不但因活载偏心产生
扭矩， 而且还因温度变化及支座沉降的二次矩产生扭 矩。支点附近由于支座的约束作用而产生较大的横向 弯矩。横向预应力筋根据单位宽度桥面板计算并布 置， 程序分析结果表明， 横向仅需设置普通钢筋， 可不 设置横向预应力筋。 （+） 支座反力 通常， 对于直线预应力混凝土连续 梁桥一个墩顶两个支座的情况， 在恒载作用下， 两个支 反力值相等。而在曲线连续梁中由于存在弯扭耦合的 特性， 曲线内外支座的反力值存在不等的现象。计算 结果显示， 桥内侧 # 号墩两支点的恒载反力分别为： 桥外侧 & #5" 67， 外侧比内侧大 " 8 #3 ， 相差 4 55# 67， 不大， 为此， 同一墩顶可以采用相同型号的支座。 ’ 施工方法 预应力混凝土连续梁桥采用就地浇筑施工， 需要 在连续梁的一联各跨均设支架， 一联施工完成后， 整联 卸落支架。因此， 结构在施工中不存在体系转换， 不产 生恒载徐变二次矩。本设计跨越铁路主桥中孔采用工 字钢搭设的梁式支架， 其余部分采用装配式梁柱式支 架。另外， 本桥采用水平分层浇筑， 保证了箱梁的整体 性， 实现了长 !’4 $ 预应力混凝土梁整体分层浇筑一 次性张拉， 节省了工期， 降低了钢绞线的用量。 该桥于 #’’# 年建成并投入运营， 使用效果良好。
$ ! * 郭在田 ( 薄壁杆件的弯曲与扭转 ( 北京： 中国建筑工业出版社， $&)& 郭金琼 ( 箱形梁设计理论 ( 北京： 人民交通出版社， $&)& 京沪高速铁路线桥隧站设计暂行规定 ( 铁道部， $&&) 有限元分析 ( 铁道建筑， （#） !""$ ’ 盛兴旺 ( 秦沈客运专线混凝土简支箱梁支座不平整效应及其限位分 析 ( 长沙铁道学院学报， （!） !""!
图" 恒载弯矩图 （单位： ・ $% &） 图! 梁格法计算模型示意
控制线， 然后通过程序导入软件， 自动进行梁格划分， 进 行空间有限元受力的计算， 很好地完成受力分析。
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主要内力特点
（!） 纵向弯矩 如图 + 所示， 由计算结果可以看 出， 箱梁腹板横载引起的负弯矩值出现在支点上， 反弯 点 （即零弯矩处） 基本对称于支点， 设计上采用变高度 箱梁截面， 符合纵向弯矩的分布规律。曲线内外侧两 腹板的弯矩值相差不大， 最大不超过 +3 。因此， 纵向 预应力束可以对称布置， 便于设计和施工。
（$） 本文分析计算的各模型力学性能均能满足 《暂 规》 要求， 单纯从受力角度来讲， 各梁型均为可行结构。 （!） 保持顶板宽度不变而增大腹板坡度， 箱梁底板 宽度和刚度将减少， 但同步加大底板和腹板厚度将使 箱梁的刚度 （包括抗弯、 抗扭、 抗畸变刚度） 得到补偿， 并有所加强。腹板坡度的增加可使施工脱模更方便， 腹板厚度的增大能为结构提供较大的构造空间。 （#）加大支点距离 % ， 有利于箱梁的架设和维护； 从受力与变形来看， 能有效减少结构荷载应力和挠度， 但将加大徐变上拱度和梁端上翘位移； 从经济考虑， 过 大取值将加大墩台工程量， 使工程投资加大。
铁道标准设计 !"#$%"& ’(")*"!* *+’#,) -../ （0）