现浇预应力混凝土弯箱梁2×35m匝道桥优化分析
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约束按 图 纸进 行 ； 现浇 箱梁顶 混凝 土铺 装层 、 ② 防 撞 护栏 以及 桥 面 沥青 混 凝 土铺 装 层 ， 均 布永 久 按 荷 载 的形式 加 载 ， 时 ５ ， 束情 况与 前一 阶段 用 ０ｄ 约
质量 ， 在施 工 图设 计 阶段 后期 进 行 了更 为细致 的
收 稿 日期 ：０ １１一９ ２ １—Ｏ０
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｃ ｉ ｇ ｎ Ｓ ｎｚ ｅ ｒ ａ ａ ｃ ｓｇ ｆ Ａｒ ｈ Ｂｒ ｄ ｅ ｉ ｈｅ ｈ ｎ Ｐａ ｋ Ｒｏ ｄ Ｖｉ ｄｕ ｔ
Ｔ ｎ ａ ｎｎ Ｌｉ ｅ ｅ ｇ ｅ ｇ Ｙ ｎ ｉｇ， ｕＸｕｆ ｎ
桥 向跨 中截 面 以及 边 、 中横 梁 复 核 计 算 。计 算 结 果 表 明 ： 常使 用 极 限 状 态 纵桥 向抗 裂 性 满 足 规 正
范 要求 ； 久状 态 下 的 应 力及 钢束 应 力 满 足 规 范 持
要 求 ； 限承 载 能 力 状 态 下 抗 力 满 足 规 范 要 求 。 极 横 桥 向利用 平 面杆 系计 算程序 ， 算 结果 表 明 ： 计 跨 中截 面 以及边 、 中横 梁 在 正 常使 用 极 限状 态 下 抗
且 全 部钢束 在 全桥 仅设 置竖 弯 ， 设置平 弯 ， 未 每束 规 格 为 １ ． —９ 张 拉 采 用 两 端 或 单 端 张 拉 方 ５ ２１ 。 式 ， 拉 时采用 张拉 力 与张拉延 伸 量双控 ， 张 以张拉
力为主。
用 平 面杆 系 以直 桥 的计 算 模 式 无 法 解 决 此 问题 ，
余 军 思 朱 宇 锋
（ 州 省 交 通 规 划 勘 察 设 计 研 究 院 股 份 有 限 公 司 贵 阳 ５ ００ ） 贵 １０ １
摘
要 针 对 高 速 公 路 上 立 交 匝 道 桥 在 平 面 上 的较 小 半 径 特 征 ， 用 平 面 网 格 对 高 速 公 路 上 一 利
ｒ ｓ ｌｓｕ ｉｇ Ｍ Ｉ ｅ ｕ ｔ ｓｎ ＤＡＳ Ｃｉｉ ｐ ｏ ｒｍ ，ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ｉｔｏ ｕ ｅ ｈ ｎ ｌｓｓ ｐ ｏ ｅ ｓ ｏ ｕ ｅ ｓｒ ｃｕ ｅ ｏ ／ ｖｌ ｒ ｇ ａ ｈｓ ａ ｅ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｔ ｅ ａ ａｙ ｉ ｒ ｃ ｓ ｆｓ ｐ ｒ ｔｕ ｔ ｒ ｆ
Ｋｅ ｒ ：ｄ ｃ ｒ ｈ ｂｒｄ ｅ；ｓ ａ ｉｉｙ；ｄｅ ｉ ｙ ｗｏ ｄｓ ｅ ｋ ａ ｃ ｉ ｇ ｔ ｂ ｌｔ ｓｇｎ
２１ 第 １ ０ ２年 期
余军思
朱 字 锋 ： 浇 预 应 力 混 凝 土 弯 箱 梁 ２ ５ｍ 匝 道 桥 优 化 分 析 现 ×３
２ ５
设 计 以各 腹板 等厚 段 不 同长度 来 适应 箱梁 弯 道弧
预 压后 现 浇施 工 的方 式 。
了平 弯 。 由于两 跨配 置 的钢束 一致 ， 仅示 意一 半 ，
见 图 １ 。
匝道 桥设 计初 始 阶段 预应 力钢 束 每个 腹 板布 置 ６束 １ 一 １ ． ７ 。５ ２ｍｍ 抗 拉 强 度 标 准 值 为 ｌ８ ０ ６
甚 国
田
『
ＭＰ ａ的 高 强 度 低 松 弛 钢 绞 线 ， 用 两 端 张 拉 方 采
式 。钢 束在 箱梁 大 部分 区段设 置竖 弯 ， 无平 弯 ； 仅 在箱 梁两 端锚 固区域 为满 足局 部承 压 间距 而 设置
线变化 ； 以箱 梁 顶 、 板 平行 、 板 竖 直 来形 成 桥 底 腹 面 横坡 。整个 箱 梁 混 凝 土 采 用 先 搭 设 满 堂 支 架 ，
始 阶段构 造 。预应 力钢 柬 采用 高 强 度低 松 弛 ２ ０ ７
级 钢 绞 线 ， 根 钢 绞 线 直 径 １． 单 ５ ２ｍｍ， 拉 锚 下 张 控 制应 力 ０ ７ 口一１３ ５ＭＰ 。经 过 多 次对 钢 ． ５厂 ９ ａ 束 的调整 ， 在满 足 结构受 力安 全 的前提下 ， 为简化 并 方便 施工 ， 个腹 板 预应力 钢束 均优化 成 ４束 ， 每
１ 工 程 概 况
全 桥平 面 网格有 限 元设 计 优 化分 析 ， 根 据 其 受 并
力特点， 对设 计初 始 阶段的 图纸不足 加 以更改 ， 工
某 高速 公路立 交 一 匝道 桥 上跨 主线 ， 主线 顺
一
程 量 得到 了较大 的优化 。 ２ 匝道桥 箱梁 结构及 钢束布 置 根据上 跨 匝道 桥 与桥 下 主线 左 、 幅平 面 关 右 系 ， 结合 桥 位处 地形 、 质 条 件 ， 并 地 匝道 桥 设 计 布
Βιβλιοθήκη Baidu
２ ５ｍ 现 浇 预 应 力 混 凝 土 连 续 弯 箱 梁 的 设 计 进 行 优 化 分 析 ， 了 解 立 交 匝道 弯 桥 与 直 桥 的 受 力 ×３ 以 差 别 ， 同类 型 桥 梁 提 供 借 鉴 。 为 关 键 词 匝 道 弯 桥 平 面 网格 预 应力 混凝 土连 续 弯 箱 梁 设 计优 化 分 析
影 响面 加载 的计算 模 式 ， 参数 取值 如下 ： 其 （ ）单 元 、 １ 节点 ， 重要 性 系数 。本 匝道 桥 纵 桥
各肋 为预 应力 混 凝土 实梁 单元 ， 横桥 向边横 梁 、 中
横梁 为钢 筋混 凝 土实梁 单元 ， 、 顶 底板 等效 为钢筋 混凝 土 虚梁单 元 ， 全桥 共 分 １ ６ 单 元 、 ４ ９个 １ １个 节 点 ， 构重 要性 系数取 １ １ 结 ．。 （ ） 材 料 。箱 梁 采 用 Ｃ ０混 凝 土 ， 重 ２ ５ 容 ２ Ｎ／ ， ６ｋ ｍ。 加载 龄 期 按 ７ｄ计 （ 虑 混 凝 土 的现 考 浇 、 护 时间 ） 箱 梁 构 造完 全采 用 匝道 桥设 计 初 养 ，
裂 性 满足规 范要 求 ； 久状 态 下 的应 力 满 足 规 范 持 要 求 ； 限承 载能力 状态 下抗 力 满足 规范 要求 。 极 鉴于 本 匝道 桥 处 于 弯 道 上 且 桥 面 较 宽 ， 应 预 力 钢束 、 活载 引起 的空 间效 应 不 可 忽 视 。特 别 是 弯 桥 结构 的空 间 效应 使 得 支 座 反 力 受 力 不 均 ， 很 容 易 引起支 座脱 空 而危及 桥梁 结 构安 全［ 。而 利 １ ］
总 第 ２０期 ５ ２１ ０ ２年第 ｉ 期
交
通
科
技
Ｔｒｎ ｐ ｒａｉｎＳ ｉｎ ｅ＆ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｓ ｏ ｔｔ ｃｅ ｃ ｏ ｃ ｎ ｌｇ
Ｓ ｒ ｌＮｏ ２ ０ ｅｉ ． ５ ａ Ｎｏ． １ Ｆｅ ．２ ２ ｂ Ｏ１
现浇预应力混凝 土弯箱梁 ２ １ 匝道桥优化 分析 ×３ Ｉ ５Ｔ
这 是 进行后 期设 计 优 化 分 析 的主 要 目 的之 一 ； 另
外 ， 据 以往 经验 ， 匝道 桥 配 置 的钢 束 较 多 ， 根 本 钢
（ ）施 工 阶段 。① 分期 现 浇箱 梁混 凝 土 以及 ３
束 过 多不 仅造成 工 程量 浪费 、 造价 增加 ， 且在 弯 而
对 应 分批单 端 或两 端张 拉预应 力 钢束并 钢束 管道 灌浆， 支架 分期 卸 载 。计 算 时考 虑 分批 张拉 钢 束 的预应 力损 失 ， 时共 ３ 。全 桥 计算 模 型外 部 用 ０ｄ
ｔ ｅ ｗｈ ｌ ｒｄ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ａ ａ ｙ ｉ ｏ ｔ ｎ ｓ ｉ ｃｕ ｉ ｇ ｓ ｒ ｓ ，ｓ ｒ ｎ ｔ ，ｒ ｉ ｉｙ ａ ｄ ｓ ａ ｉ ｔ ． ｈ ｏ ｅ ｂ ｉ ｇ ｎ ｈ ｎ ｌ ｓｓ ｃ ｎ ｅ ｔ ｎ ｌ ｄ ｎ ｔ ｅ ｓ ｔ ｅ ｇ ｈ ｉ ｄ ｔ ｎ ｔ ｂ ｌ ｙ ｇ ｉ
覆粉质 粘土 ， 基岩 为二 叠 系上 统砂 岩 、 泥质 岩夹 煤 层及玄 武岩 。根据外勘 调查及查 阅当地气 象资料 ， 年均气 温 １． ４ ０℃ ， 端 最高 气 温 ３ ． 极 ４ ０℃ ， 端最 极
应力 混凝 土连 续箱 梁 。在设 计初 始 阶段 考 虑到桥 面 宽度 较大 、 弯道较 小 的情 况 ， 为避免 桥梁 在纵 桥 向弯 矩 、 矩 耦 合作 用 下 ， 扭 箱梁 顶 、 板受 力 差 异 底 过 大 以及 与下 部 构造 相 适应 等 因素 ， 匝道 桥 上 部 结 构采 用单 箱 四 室结 构 截 面 。全 桥 箱 梁 等 高 ， 为 ２ ０ｍ； 板宽 １ ． 底板宽 ｌ ． 两 侧挑 臂 ． 顶 ５ ５ｍ， １ ５ｍ， 等长 ， 为 ２ ０ ｍ。两 桥 台支 座 顶 设 置 宽 度 １ ５ 均 ． ． ｍ 横 梁 ， 墩 支 座 顶设 置 宽度 ２ ０ ｍ 横 梁 ， 近 桥 ． 靠 横 梁５ ０ ． ｍ范 围 内设 置 底 板 、 板 厚 度 渐 变 段 。 腹
（ ｈ ｎ ｈ ｎ Ｔｒ ｎ ｐ ｒａｉｎ Ｄｅ ｉｎ ＆ Ｒｅ ｅ ｒｈ Ｉ ｓｉｕ ｅ ｈ ｎ ｈ ｎ ５ ８ ０ ，Ｃｈｎ ） Ｓ ｅ ｚ ｅ ａ ｓ ｏ ｔ ｔ ｓｇ ｏ ｓ ａｃ ｎ ｔｔｔ ，Ｓ ｅ ｚ ｅ １ ０ ３ ｉａ
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置成 以路基 中 线 为 ２ ５ ｍ 弧 长 控 制 的现 浇 预 ×３
山间冲沟 布设 ， 匝道 桥下 主线分 成左 、 幅 。为 右
减 小 匝道桥 桥 梁 跨 径 及 梁 高 ， 道 桥 布 置 为 ２ 匝 ×
３ ５ｍ。该桥位 区属侵蚀一 剥蚀 低 中山斜 坡 地貌 ， 局
部基岩裸露 。场 区内最 高海 拔 １８ ７ ０ｍ， ３ ． 最低 海 拔 １７ ７０ｍ， ４ ． 相对最 大高差 约 ９ ． ０ ０ｍ。桥跨 区上
低气 温一１． ０ ０℃ ； 年平 均降雨量 １２５ ５ ｌ ， ５ ． Ｔ 年平 ｍ ｌ
均风速 ２ ０ｍ／ ， ． ｓ 年平 均相对湿 度约 ８ 。 Ｏ
由于该项 目设 计 周 期 较 短 ， 计 初始 阶段 全 设
桥 参 照直线桥 进行 常规 的纵 、 桥 向计算 ， 配置 横 并 了预应力 钢束 。为保证 桥梁 结构 受力 安全及设 计
啦
国田
田 田Ｉ
鸽． 亘 丑垒
型： ：
生 －
图 １ 匝 道 桥 全 桥 钢 束 布 置 示 意 图 （ 面 图为 全 桥 １ ２ 面 ） 立 ／立
３ 设 计初 始 阶段 按直 桥复 核计 算 受力 分析 根据 匝道 桥设 计初 始 阶段 给定 的 图纸及 其计 算 参数 ， 用平 面杆 系计 算程 序 按直 桥进 行纵 、 利 横
质量 ， 在施 工 图设 计 阶段 后期 进 行 了更 为细致 的
收 稿 日期 ：０ １１一９ ２ １—Ｏ０
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桥 向跨 中截 面 以及 边 、 中横 梁 复 核 计 算 。计 算 结 果 表 明 ： 常使 用 极 限 状 态 纵桥 向抗 裂 性 满 足 规 正
范 要求 ； 久状 态 下 的 应 力及 钢束 应 力 满 足 规 范 持
要 求 ； 限承 载 能 力 状 态 下 抗 力 满 足 规 范 要 求 。 极 横 桥 向利用 平 面杆 系计 算程序 ， 算 结果 表 明 ： 计 跨 中截 面 以及边 、 中横 梁 在 正 常使 用 极 限状 态 下 抗
且 全 部钢束 在 全桥 仅设 置竖 弯 ， 设置平 弯 ， 未 每束 规 格 为 １ ． —９ 张 拉 采 用 两 端 或 单 端 张 拉 方 ５ ２１ 。 式 ， 拉 时采用 张拉 力 与张拉延 伸 量双控 ， 张 以张拉
力为主。
用 平 面杆 系 以直 桥 的计 算 模 式 无 法 解 决 此 问题 ，
余 军 思 朱 宇 锋
（ 州 省 交 通 规 划 勘 察 设 计 研 究 院 股 份 有 限 公 司 贵 阳 ５ ００ ） 贵 １０ １
摘
要 针 对 高 速 公 路 上 立 交 匝 道 桥 在 平 面 上 的较 小 半 径 特 征 ， 用 平 面 网 格 对 高 速 公 路 上 一 利
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２１ 第 １ ０ ２年 期
余军思
朱 字 锋 ： 浇 预 应 力 混 凝 土 弯 箱 梁 ２ ５ｍ 匝 道 桥 优 化 分 析 现 ×３
２ ５
设 计 以各 腹板 等厚 段 不 同长度 来 适应 箱梁 弯 道弧
预 压后 现 浇施 工 的方 式 。
了平 弯 。 由于两 跨配 置 的钢束 一致 ， 仅示 意一 半 ，
见 图 １ 。
匝道 桥设 计初 始 阶段 预应 力钢 束 每个 腹 板布 置 ６束 １ 一 １ ． ７ 。５ ２ｍｍ 抗 拉 强 度 标 准 值 为 ｌ８ ０ ６
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ＭＰ ａ的 高 强 度 低 松 弛 钢 绞 线 ， 用 两 端 张 拉 方 采
式 。钢 束在 箱梁 大 部分 区段设 置竖 弯 ， 无平 弯 ； 仅 在箱 梁两 端锚 固区域 为满 足局 部承 压 间距 而 设置
线变化 ； 以箱 梁 顶 、 板 平行 、 板 竖 直 来形 成 桥 底 腹 面 横坡 。整个 箱 梁 混 凝 土 采 用 先 搭 设 满 堂 支 架 ，
始 阶段构 造 。预应 力钢 柬 采用 高 强 度低 松 弛 ２ ０ ７
级 钢 绞 线 ， 根 钢 绞 线 直 径 １． 单 ５ ２ｍｍ， 拉 锚 下 张 控 制应 力 ０ ７ 口一１３ ５ＭＰ 。经 过 多 次对 钢 ． ５厂 ９ ａ 束 的调整 ， 在满 足 结构受 力安 全 的前提下 ， 为简化 并 方便 施工 ， 个腹 板 预应力 钢束 均优化 成 ４束 ， 每
１ 工 程 概 况
全 桥平 面 网格有 限 元设 计 优 化分 析 ， 根 据 其 受 并
力特点， 对设 计初 始 阶段的 图纸不足 加 以更改 ， 工
某 高速 公路立 交 一 匝道 桥 上跨 主线 ， 主线 顺
一
程 量 得到 了较大 的优化 。 ２ 匝道桥 箱梁 结构及 钢束布 置 根据上 跨 匝道 桥 与桥 下 主线 左 、 幅平 面 关 右 系 ， 结合 桥 位处 地形 、 质 条 件 ， 并 地 匝道 桥 设 计 布
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２ ５ｍ 现 浇 预 应 力 混 凝 土 连 续 弯 箱 梁 的 设 计 进 行 优 化 分 析 ， 了 解 立 交 匝道 弯 桥 与 直 桥 的 受 力 ×３ 以 差 别 ， 同类 型 桥 梁 提 供 借 鉴 。 为 关 键 词 匝 道 弯 桥 平 面 网格 预 应力 混凝 土连 续 弯 箱 梁 设 计优 化 分 析
影 响面 加载 的计算 模 式 ， 参数 取值 如下 ： 其 （ ）单 元 、 １ 节点 ， 重要 性 系数 。本 匝道 桥 纵 桥
各肋 为预 应力 混 凝土 实梁 单元 ， 横桥 向边横 梁 、 中
横梁 为钢 筋混 凝 土实梁 单元 ， 、 顶 底板 等效 为钢筋 混凝 土 虚梁单 元 ， 全桥 共 分 １ ６ 单 元 、 ４ ９个 １ １个 节 点 ， 构重 要性 系数取 １ １ 结 ．。 （ ） 材 料 。箱 梁 采 用 Ｃ ０混 凝 土 ， 重 ２ ５ 容 ２ Ｎ／ ， ６ｋ ｍ。 加载 龄 期 按 ７ｄ计 （ 虑 混 凝 土 的现 考 浇 、 护 时间 ） 箱 梁 构 造完 全采 用 匝道 桥设 计 初 养 ，
裂 性 满足规 范要 求 ； 久状 态 下 的应 力 满 足 规 范 持 要 求 ； 限承 载能力 状态 下抗 力 满足 规范 要求 。 极 鉴于 本 匝道 桥 处 于 弯 道 上 且 桥 面 较 宽 ， 应 预 力 钢束 、 活载 引起 的空 间效 应 不 可 忽 视 。特 别 是 弯 桥 结构 的空 间 效应 使 得 支 座 反 力 受 力 不 均 ， 很 容 易 引起支 座脱 空 而危及 桥梁 结 构安 全［ 。而 利 １ ］
总 第 ２０期 ５ ２１ ０ ２年第 ｉ 期
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现浇预应力混凝 土弯箱梁 ２ １ 匝道桥优化 分析 ×３ Ｉ ５Ｔ
这 是 进行后 期设 计 优 化 分 析 的主 要 目 的之 一 ； 另
外 ， 据 以往 经验 ， 匝道 桥 配 置 的钢 束 较 多 ， 根 本 钢
（ ）施 工 阶段 。① 分期 现 浇箱 梁混 凝 土 以及 ３
束 过 多不 仅造成 工 程量 浪费 、 造价 增加 ， 且在 弯 而
对 应 分批单 端 或两 端张 拉预应 力 钢束并 钢束 管道 灌浆， 支架 分期 卸 载 。计 算 时考 虑 分批 张拉 钢 束 的预应 力损 失 ， 时共 ３ 。全 桥 计算 模 型外 部 用 ０ｄ
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覆粉质 粘土 ， 基岩 为二 叠 系上 统砂 岩 、 泥质 岩夹 煤 层及玄 武岩 。根据外勘 调查及查 阅当地气 象资料 ， 年均气 温 １． ４ ０℃ ， 端 最高 气 温 ３ ． 极 ４ ０℃ ， 端最 极
应力 混凝 土连 续箱 梁 。在设 计初 始 阶段 考 虑到桥 面 宽度 较大 、 弯道较 小 的情 况 ， 为避免 桥梁 在纵 桥 向弯 矩 、 矩 耦 合作 用 下 ， 扭 箱梁 顶 、 板受 力 差 异 底 过 大 以及 与下 部 构造 相 适应 等 因素 ， 匝道 桥 上 部 结 构采 用单 箱 四 室结 构 截 面 。全 桥 箱 梁 等 高 ， 为 ２ ０ｍ； 板宽 １ ． 底板宽 ｌ ． 两 侧挑 臂 ． 顶 ５ ５ｍ， １ ５ｍ， 等长 ， 为 ２ ０ ｍ。两 桥 台支 座 顶 设 置 宽 度 １ ５ 均 ． ． ｍ 横 梁 ， 墩 支 座 顶设 置 宽度 ２ ０ ｍ 横 梁 ， 近 桥 ． 靠 横 梁５ ０ ． ｍ范 围 内设 置 底 板 、 板 厚 度 渐 变 段 。 腹
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置成 以路基 中 线 为 ２ ５ ｍ 弧 长 控 制 的现 浇 预 ×３
山间冲沟 布设 ， 匝道 桥下 主线分 成左 、 幅 。为 右
减 小 匝道桥 桥 梁 跨 径 及 梁 高 ， 道 桥 布 置 为 ２ 匝 ×
３ ５ｍ。该桥位 区属侵蚀一 剥蚀 低 中山斜 坡 地貌 ， 局
部基岩裸露 。场 区内最 高海 拔 １８ ７ ０ｍ， ３ ． 最低 海 拔 １７ ７０ｍ， ４ ． 相对最 大高差 约 ９ ． ０ ０ｍ。桥跨 区上
低气 温一１． ０ ０℃ ； 年平 均降雨量 １２５ ５ ｌ ， ５ ． Ｔ 年平 ｍ ｌ
均风速 ２ ０ｍ／ ， ． ｓ 年平 均相对湿 度约 ８ 。 Ｏ
由于该项 目设 计 周 期 较 短 ， 计 初始 阶段 全 设
桥 参 照直线桥 进行 常规 的纵 、 桥 向计算 ， 配置 横 并 了预应力 钢束 。为保证 桥梁 结构 受力 安全及设 计
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图 １ 匝 道 桥 全 桥 钢 束 布 置 示 意 图 （ 面 图为 全 桥 １ ２ 面 ） 立 ／立
３ 设 计初 始 阶段 按直 桥复 核计 算 受力 分析 根据 匝道 桥设 计初 始 阶段 给定 的 图纸及 其计 算 参数 ， 用平 面杆 系计 算程 序 按直 桥进 行纵 、 利 横