连续梁桥设计与结构计算分析

连续梁桥设计与结构计算分析

摘要：现阶段，我国的桥梁工程建设越来越多。文章以某跨径组合为

40m+60m+40m的连续梁为例，对预应力混凝土连续箱梁的设计进行了介绍。采

用桥梁博士软件对该桥进行了总体静力分析，并对计算结果进行了验算，可为同

类桥梁设计提供参考。

关键词：连续梁；设计；计算分析

引言

近年来，随着我国城市飞速发展，各城市中交通压力日益繁重，连续梁桥因

具有优美外形、跨越能力强、施工简便和选址灵活等特点，逐渐成为缓解城市交

通压力的重要方式之一。但在大多已建成连续桥梁中，由于设计者对桥梁整体稳

定性不够重视，导致频繁出现桥梁坍塌和倾覆等重大工程事故，因此对桥梁整体

稳定性进行更深入的研究非常重要。

1影响因素考虑不足

针对预应力连续梁桥的设计，传统配筋理论主要以强度控制为目标，多依靠

现行规范进行验算，对于成桥状态和长期时效变形控制是否合理缺乏充分的重视。计算模型方面，当前多采用平面杆系程序计算，虽在一定程度上能够满足工程需要，但还存在许多问题，以下进行详细分析：（1）预应力效应考虑不足。当前

设计理念考虑相对简单，对于荷载横向分布和竖向预应力效应考虑不足，对于三

向预应力之间的设计耦合作用更是考虑不足，即对于连续梁桥的预应力效应考虑

不足。（2）空间效应考虑不足。传统设计理论对于连续梁桥的空间效应考虑不

充分，对于箱梁的扭转翘曲、剪力滞、畸变效应难以进行精确计算，当前规范要

求的内力增大系数无法实现有效的模拟分析，多依靠于设计人员经验，造成实际

空间效应模型与理论模型存在较大偏差。（3）预应力简化分析不合理。当前连

续梁桥设计，主要是将预应力简化为等效节点荷载，因此处理混凝土收缩徐变产

生的预应力损失仅依靠经验公式，无法考虑结构变形和预应力损失之间的耦合作用，造成预应力的计算不够精确。

2工程简述

某工程主桥桥跨布置：（40+60+40）m，采用变截面预应力混凝土连续箱梁，桥宽12.5m，箱梁采用单箱单室断面，箱梁顶板宽12.50m，底板宽6.5m，腹板

变厚度，厚度分别为70cm和50cm，顶板厚28cm，底板厚度按二次抛物线由

30cm变化到70cm，箱梁根部梁高3.5m，端部梁高1.8m，桥面采用双向2％的横坡。

3提高设计计算水平

当前连续梁桥设计，多采用平面杆系结构进行结构分析，而连续梁桥的悬臂

浇筑施工，开始阶段并不完全符合梁结构的几何特点，反而与块体单元性质更为

接近，参考弹性力学的圣维南原理，前期施工阶段在自重和预应力作用下，箱梁

内力与应力分布与传统杆单元计算结果并不完全相符，同时考虑到连续梁桥的内

力和应力状态在悬臂浇筑阶段是累积传递的，计算误差必然会对成桥状态造成影响，因此依据桥梁承载和支撑情况进行针对性设计，已然成为当前专家和学者共

同关注的问题。

4预应力连续梁纵向结构验算

4.1结构分析模型的建立

主梁结构类型为预应力混凝土结构，桥墩和基础采用钢筋混凝土结构，有限

元计算时将结构离散为88个梁单元，4个支承单元，共有48类钢束，1种规格。整体结构采用同济大学桥梁结构计算软件桥梁博士进行结构分析。

4.2转体结构位移分析

由于转体结构仅受竖直方向的压力荷载作用，故仅考虑竖直方向的变形，竖

向位移，在结果中查看转体结构的最大变形为0.45mm，发生上转盘下边缘处，

变形较小，可忽略不计。

4.3预应力束配置原则分析

对于连续梁桥的全寿命周期，无论是悬臂浇筑阶段还是成桥运营阶段，预应

力作用对于跨中下挠的控制具有决定性的作用，以下依据“零弯矩理论”针对一期

恒载和二期恒载作用下的预应力束的配置原则进行详细分析：（1）一期恒载作

用下预应力束的配置。本阶段为连续梁桥的悬臂浇筑阶段，预应力束的设置主要

是为了实现一期恒载作用下的梁体零弯矩。对于连续梁桥的悬臂浇筑阶段而言，

则是需要在施工阶段配置相应的顶板预应力束抵消梁体自重和施工荷载引起的弯矩，保证每个施工阶段梁体不平衡弯矩为零，直至达到连续梁桥合龙前的最大悬

臂状态。（2）二期恒载作用下的预应力束的配置。在悬臂浇筑阶段达到最大悬

臂状态后，连续梁桥将按照边跨、中跨的步骤进行合龙；完成连续梁桥的体系转

换后，连续梁桥由静定悬臂状态转换为超静定状态，此过程将会产生一定的内力

重分布，因此可以通过设置少量底板实现梁内弯矩平衡。在梁体合龙后，进行桥

面铺装、护栏和照明设置的施工作业，二期恒载又会产生新的梁内不平衡弯矩，

此时可通过预留预应力孔道配置预应力束的张拉实现连续梁体弯矩的再次平衡，

实现良好的成桥线形状态。

4.4正常使用极限状态正截面、斜截面抗裂验算

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第6.3.1条规定，对于现浇施工的预应力混凝土构件，在作用短期效应组合作用下应满足

σtp≤0.4ftk=1.06MPa。预应力混凝土受弯构件的斜截面抗裂计算，规范采用对作用短期效应组合和预加力产生的混凝土主拉应力σtp加以限制的方法。从抗裂验算

结果可以看出，在正常使用极限状态作用短期效应组合时，梁体最小压应力值为0.48MPa，正截面抗裂验算满足规范的要求。从混凝土截面斜截面抗裂验算结果

可以看出，梁体截面在最不利作用效应组合下最大主拉应力为-0.92MPa，斜截面

抗裂验算满足规范全预应力构件的要求。

4.5挠度验算

箱梁按全预应力混凝土构件设计，按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵

设计规范》（JTG3362-2018）6.5.3条规定，预应力混凝土受弯构件长期挠度值，

在消除结构自重产生的长期挠度后箱梁最大挠度处不应超过计算跨径的≤I/600。

结果表明：在消除结构自重产生的长期挠度后箱梁最大挠度为52.6mm≤I/600，满

足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第6.5.3条对挠度的要求。

结束语

综上所述，跨中下挠问题成为连续梁桥设计、施工和运营过程中共同关注的

问题。连续桥梁坡度的增大会大大降低桥梁的整体稳定系数．为保证连续桥梁的

稳定和安全性，建议在实际工程中桥梁坡度不宜选取过大。通过对桥梁结构整体

进行静力计算分析，表明结构受力、应力、位移都可以满足现行规范要求，结构

整体是安全可靠的。本项目中桥梁选用变截面预应力混凝土连续箱梁桥型具备结

构受力性能良好、刚度大、抗震性能良好、线条平顺、造型美观、行车舒适度好、后期养护修工程量小等优势。变截面预应力混凝土连续梁已广泛应用于各工程项