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第1章 89#～92#预应力砼持续梁桥
1.1 构造设计简述
本桥为27+27+25.94现浇持续箱梁，断面型式为弧形边腹板大悬臂断面，依照道路总体布置规定，主梁上下行为整体断面，变宽度32.713m -35m，单箱5室构造变截面。箱梁顶板厚度为0.22m，底板厚度0.2m；支点范畴腹板厚度0.7m，跨中范畴腹板厚度0.4m。主梁单侧悬臂长度为4.85m，箱梁悬臂端部厚度为0.2m，悬臂沿弧线始终延伸至主梁底板。主梁两侧悬臂设立0.1m后浇带，与防撞护栏同期进行浇筑。
本桥平、立面构造及断面形式如图11.1.1和图11.1.2所示。

图11.1.1 箱梁构造图

图11.1.2 箱梁断面图
纵向预应力采用φs15.2高强度低松弛钢绞线(Ⅱ级)(GB/T5224-1995)，原则强度=1860。中支点断面钢束布置如图11.1.3所示。

图11.1.3 中支点断面钢束布置图
重要断面预应力钢束数量如下表
截面位置
边跨跨中
中支点
中跨跨中
钢绞线（φs15.2）束数
36
36
36

墩横梁预应力采用采用φs15－19，单向张拉，如下图。

1.2 重要材料
1.2.1 重要材料类型
(1) 混凝土：主梁采用C50砼；
(2) 普通钢筋：R235、HRB335钢筋；
(3) 预应力体系：采用φs15.2高强度低松弛钢绞线(Ⅱ级)(GB/T5224-1995)，原则强度=1860；预应力锚具采用符合GB/T14370-《预应力筋锚具、夹具和连接器》中Ⅰ类规定优质锚具；波纹管采用符合JT/T529-原则塑料波纹管。
1.2.2 重要材料用量指标
本桥上部构造重要材料用量指标如表11.2.2-1所示，表中材料指标均为每平米桥面用量。

表11.2.2-1 上部构造重要材料指标
材料
全桥用量
用量指标

单位
用量
单位
用量指标
混凝土（C50）
m3
.8
m3/m2
0.737
预应力钢绞线
t
35.902
kg/m2
13.131
普通钢筋
t
345.221
kg/m2
126.261

1.3 构造计算分析
1.3.1 计算模型
构造计算模型如下图所示。

图11.3.1-1 构造模型图
图11.3.1-2 箱梁抗弯刚度折减系数示意图
1.3.2 支座反力计算
本桥各桥墩均设三支座。经计算，本桥各墩处反力见表11.3.2-1，支座布置如图11.3.2-1示。

图11.3.2-1 支座位置示意图
表11.3.2-1 支座反力一览表(反力单位：kN)
位置
沉降
(最大)
沉降
(最小)
梯度
升温
梯度
降温
活载
(最大)
活载
(最小)
钢束
二次
恒载
组合
最大
组合
最小
端支点
(89#墩)
966
-966
667
-333
2678
-244
635
8842
13462
7608
中支点
(90#墩)
2905
-2905
-673
337
3860
-406
4
24697
31381
20295
中支点
(91#墩)
2992
-2992
-681
340
3814
-455
4
24337
31386
1
中支点
(92#墩)
1052
-1052
687
-344
2661
-266
533
8852
13458
7396
注：(1) 汽车荷载效应中已包括冲击力；
(2) “组合”项为原则值组合成果；
(3) 表中数据为每个墩位处共计支座反力。
1.3.3 主梁持久状况承载能力极限状态验算
本桥按承载能力极限状态组合弯矩和剪力包络图及相应抗力分别如图11.3.3-1～2所示。图中单位为kN.m与kN。

图11.3.3-1 承载能力组合弯矩包络图及相应抗力图(单位：kN.m)

图11.3.3-2 承载能力组合剪力包络图及相应抗力图(单位：kN)
本桥按承载能力组合正、负弯矩最大值分别为100,281kN.m和-86,295kN.m；最大、最小剪力分别为22,074kN 和-21,959kN。
依照以上图形可以看出，主梁各截面正截面抗弯验算、斜截面抗剪验算均满足规范规定。

1.3.4 主梁持久状况正常使用极限状态验算

(1) 正截面抗裂验算
本桥按A类构件进行正截面抗裂验算时，在作用短期效应组合和长期效应组合下正截面拉应力包络图如图11.3.4-1～4所示，图中应力单位为MPa，以拉应力为正。
由图11.3.4-1～4可见，在短期效应作用下，主梁上缘在中支点及跨中截面浮现拉应力且在中间支座处有最大值3.9MPa，主梁下缘在中支座附近截面亦浮现拉应力达2.4MPa，均超过规范0.7*ftk (1.855MPa)。在按长期效应组合时，主梁上缘在中间支点及跨中截面处浮现拉应力，且在中间支座处有最大值0.8MPa，不满足规范规定（长期效应组合不容许浮现拉应力）；主梁下缘未浮现拉应力。可见，主梁在中间支座和跨中截面不满足规范对于A类预应力构件正截面抗裂规定。

图11.3.4-1 短期组合上缘最大拉应力包络图(单位：MPa)

图11.3.4-2 短期组合下缘最大拉应力包络图(单位：MPa)

图11.3.4-3 长期组合上缘最大拉应力包络图(单位：MPa)

图11.3.4-4 长期组合下缘最大拉应力包络图(单位：MPa)
(2) 斜截面抗裂验算
本桥按A类构件计算时，在作用短期效应组合下主拉应力包络图如图11.3.4-5所示。由图11.3.4-5可知，主梁在各支点附近及跨中截面浮现拉应力且最大达3.9MPa，超过规范规定0.5*ftk (1.325MPa)。可见，主梁在中间支座和跨中截面不满足规范对于A类预应力砼构件斜截面抗裂规定。

图11.3.4-5 短期组合主拉应力包络图(单位：MPa)
(3) 挠度验算
本桥按作用短期效应组共计算最大、最小竖向位移图(已扣除恒载变形)如图11.3.4-6～7所示。

图11.3.4-6 短期组合(扣除自重)最大竖向位移图(单位：mm)

图11.3.4-7 短期组合(扣除自重)最小竖向位移图(单位：mm)
从图可见，构造最大正负挠度之和为1.5mm，考虑挠度长期增长系数，长期挠度为2.1mm，规范容许值为L/600=58mm，故满足规定。
1.3.5 主梁持久状况应力验算
(1) 正截面混凝土压应力验算
本桥按荷载原则值组共计算截面上下缘压应力包络图分别如图11.3.5-1～2所示。

图11.3.5-1 原则组合上缘压应力包络图(单位：MPa)

图11.3.5-2 原则组合下缘压应力包络图(单位：MPa)
由上图可见，按原则值组合主梁上缘最大压应力为10.9MPa；下缘最大压应力为8.3MPa。上下缘应力均满足规范规定。
(2) 混凝土主压应力验算
本桥按荷载原则值组共计算截面主压应力包络图如图11.3.5-3所示。

图11.3.5-3 原则组合主压应力包络图(单位：MPa)
由图可见，按原则值组合混凝土最大主压应力为10.9MPa，满足规范规定。
1.3.6 端横梁验算
端横梁宽度1.2m，支座间距13.6m，为预应力混凝土构造。计算模型如下。

图11.3.6-1 端横梁计算模型图
考虑到横梁悬臂某些受力与跨中并无太大区别，而斜腹板处为预应力钢束集中锚固区域，杆系模型计算成果不太真实，因而，对横梁计算成果着重考察中间等高某些。
表1.3.6-1 支座反力一览表(反力单位：kN)
位置
活载
(最大)
活载
(最小)
钢束
二次
恒载
组合
最大
组合
最小
左支点
1137
-56
-457
3931
4613
3420
中支点
1547
-178
1045
7082
9611
7886
右支点
884
-105
-528
2601
2959
1970
注：(1) 汽车荷载效应中已包括冲击力；
(2) “组合”项为原则值组合成果；
(3) 表中数据为右端横梁下墩顶每个支座处反力。
(4) 支点位置中“左中右”指从92#墩向小号方向看

1) 横梁持久状况承载能力极限状态验算
端横梁按承载能力极限状态组合弯矩和剪力包络图及相应抗力分别如图11.3.6-2～3所示。计算截面抗力时，纵向普通钢筋按上下缘各8根D28，箍筋按D16@150mm考虑。图中单位为kN与kN.m。

图11.3.6-2 承载能力组合弯矩包络图及相应抗力图(单位：kN.m)

图11.3.6-3 承载能力组合剪力包络图及相应抗力图(单位：kN)
依照图11.3.6-2，端横梁按承载能力组合最大正、负弯矩为7,520kN.m，－21，567kN.m；最大、最小剪力分别为6,051kN和-7,215kN。依照图11.3.6-3可知，端横梁中间等高某些预应力束范畴内正截面抗弯验算、斜截面抗剪验算均满足规范规定。
(2) 横梁持久状况正常使用极限状态验算
按荷载短期、长期效应组合，端横梁上、下缘最大拉应力包络图参见图11.3.6-4～7。

图11.3.6-4 端横梁短期组合上缘最大拉应力(单位：MPa)

图11.3.6-5 端横梁短期组合下缘最大拉应力(单位：MPa)

图11.3.6-6 端横梁长期组合上缘最大拉应力(单位：MPa)

图11.3.6-7 端横梁长期组合下缘最大拉应力(单位：MPa)
由图11.3.6-4～7可见，按荷载短期组合，该端横梁上缘未浮现拉应力，下最大拉应力为0.6MPa，满足规范规定。按荷载长期组合，该端横梁上缘未浮现拉应力，下缘最大拉应力为0.5 MPa，出当前两边支座内侧梁段，不满足规范规定。
按荷载短期效应组合，端横梁最大主拉应力包络图参见图11.3.6-8。

图11.3.6-8 端横梁短期组合最大主拉应力(单位：MPa)
由图11.3.6-9可见，按荷载短期组合，端横梁主拉应力最大值达1.0MPa，满足规范规定。
(3) 横梁持久状况应力验算
按荷载原则效应组合，端横梁上、下缘最大压应力包络图参见图11.3.6-10～11。
图11.3.6-10 端横梁原则组合上缘最大压应力(单位：MPa)

图11.3.6-11 端横梁原则组合下缘最大压应力(单位：MPa)
由上图可见，按原则值组合主梁上缘最大压应力为5.8MPa；下缘最大压应力为7.0MPa。上下缘应力均满足规范规定。
端横梁按荷载原则值组共计算截面主压应力包络图如图11.3.6-12所示。

图11.3.6-12 端横梁原则组合最大主压应力(单位：MPa)
由图可见，按原则值组合混凝土最大主压应力为7.6MPa，满足规范规定。
1.3.7 中横梁验算
中横梁宽度2.2m，支座间距13.6m，为预应力混凝土构造。计算模型如下。

图11.3.7-1 中横梁计算模型图
考虑到横梁悬臂某些受力与跨中并无太大区别，而斜腹板处为预应力钢束集中锚固区域，杆系模型计算成果不太真实，因而，对横梁计算成果着重考察中间等高某些。
表1.3.6-1 支座反力一览表(反力单位：kN)
位置
活载
(最大)
活载
(最小)
钢束
二次
恒载
组合
最大
组合
最小
左支点
1650
\
-47
7930
9532
7882
中支点
2354
-368
48
13428
15829
13107
右支点
1559
\
1
8365
9925
8366
注：(1) 汽车荷载效应中已包括冲击力；
(2) “组合”项为原则值组合成果；
(3) 表中数据为右端横梁下墩顶每个支座处反力。
(4) 支点位置中“左中右”指从91#墩向小号方向看

(1) 横梁持久状况承载能力极限状态验算
中横梁按承载能力极限状态组合弯矩和剪力包络图及相应抗力分别如图11.3.7-2～3所示。计算截面抗力时，纵向普通钢筋按上、下缘15根D28进行考虑；箍筋按D16@150mm考虑。图中单位为kN与kN.m。

图11.3.7-2 承载能力组合弯矩包络图及相应抗力图(单位：kN.m)

图11.3.7-3 承载能力组合剪力包络图及相应抗力图(单位：kN)
中横梁按承载能力组合最大正、负弯矩为13,887kN.m和-23，491kN.m，依照图11.37-2，中横梁抗弯承载能力满足规定。
中横梁按承载能力组合最大、最小剪力分别为11,269kN（该截面抗剪能力11，025 kN）和-10,333kN，最大剪应力位于中支座处，超过承载能力2%。依照图11.3.7-3，端横梁斜截面抗剪验算不满足规定。
(2) 横梁持久状况正常使用极限状态验算
按荷载短期、长期效应组合，中横梁上、下缘最大拉应力包络图参见图11.3.7-4～7。

图11.3.7-4 中横梁短期组合上缘最大拉应力(单位：MPa)

图11.3.7-5 中横梁短期组合下缘最大拉应力(单位：MPa)

图11.3.7-6 中横梁长期组合上缘最大拉应力(单位MPa)

图11.3.7-7 中横梁长期组合下缘最大拉应力(单位：MPa)
由图11.3.7-4～7可见，按荷载短期组合，该端横梁上、下缘最大拉应力分别2.0MPa、1.5MPa，不满足规范规定；按荷载长期组合，该端横梁上、下缘均浮现拉应力且最大值都为1.8MPa，不满足规范规定。
按荷载短期效应组合，中横梁最大主拉应力包络图参见图11.3.7-8。

图11.3.7-8 中横梁短期组合最大主拉应力(单位：MPa)
由图3.3.33可见，按荷载短期组合，中横梁主拉应力最大值达2.0MPa，不满足规范规定。
(3) 横梁持久状况应力验算
按荷载原则效应组合，中横梁上、下缘最大压应力包络图参见图11.3.7-9～10。

图11.3.7-9 中横梁原则组合上缘最大压应力(单位：MPa)

图11.3.7-10 中横梁原则组合下缘最大压应力(单位：MPa)
由上图可见，按原则值组合主梁上缘最大压应力为5.5MPa；下缘最大压应力为6.0MPa。上下缘压应力均满足规范规定。
中横梁按荷载原则值组共计算截面主压应力包络图如图11.3.7-11所示。

图11.3.7-11 中横梁原则组合最大主压应力(单位：MPa)
由图可见，按原则值组合混凝土最大主压应力为6.0MPa，满足规范规定。
1.4 计算成果小结与分析
本桥在模型计算中考虑了荷载有效分布宽度，通过对本桥计算分析可知：
(1)桥梁上部构造总体计算承载能力、挠度、持久状况压应力水平满足规范规定。中横梁及端横梁悬臂某些受力参照桥面板分析成果，中横梁抗剪承载能力、短长期效应组合下抗裂能力不满足规范规定，原则组合下抗压能力满足规定。端横梁长期效应组合下抗裂能力不满足规范规定，抗弯剪承载能力、短期抗裂及原则组合下抗压能力满足规定。
(2)主梁短期组合下在中间支点截面浮现了3.9MPa拉应力，不不大于规范容许1.855MPa，不符合A类预应力构件正截面抗裂规定。
(3)主梁长期组合下在中支点截面浮现了0.8MPa拉应力，规范不容许浮现拉应力，不符合A类预应力构件正截面抗裂规定。
(4)主梁短期组合下在中支点截面浮现了3.8MPa主拉应力，不不大于规范容许1.325MPa ，不符合A类预应力构件斜截面抗裂规定。
(5)端横梁长期组合伙用下在支点附近截面浮现了0.5MPa拉应力，规范不容许浮现拉应力，不符合A类预应力构件正截面抗裂规定。
(6)中横梁最大设计剪力11,269相应抗力为11,025kN，超过2%。
(7)中横梁短期组合最大拉应力为2MPa，不不大于规范容许1.855MPa，不符合A类预应力构件正截面抗裂规定。
(8)中横梁长期组合浮现最大1.8MPa拉应力，规范不容许浮现拉应力，不符合A类预应力构件正截面抗裂规定。
(9)中横梁短期组合下浮现最大值2.0MPa主拉应力，不不大于规范容许1.325MPa，不符合A类预应力构件斜截面抗裂规定。

第2章