独柱式小半径PC连续梁桥受力优化设计

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1计算分析

1.1计算模型

利用有限元计算分析方法，采用空间梁单元模型进行分析计算，将梁沿行车方向分成若干个梁单元。为保证建模的正确性，建模时确保支点约束条件与支座的类型保持一致，来分析主梁在自重工况、自重+活载工况下，各支座的反力分布情况。根据该桥结构特点、预应力束布置方式以及施工特点，采用MadisCivil2010计算软件进行建模分析。

1.2计算参数取值

该桥采用逐孔浇注混凝土，逐孔张拉预应力钢束的方法进行施工，计算时按照实际施工步骤进行建模计算。计算参数取值如下:基础不均匀沉降按照2.0mm取值，桥面板日照温差按照《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60－2004)规定取值，混凝土弹性模量为3.45×104MPa，预应力钢绞线的弹性模量为1.95×105MPa，锚下张拉控制应力为1395MPa，孔道摩阻系数为μ=0.17(塑料波纹管)，孔道偏差系数为K=0.0015，一端锚具变形及钢束回缩值为0.006m。

1.3计算结果分析

计算结果通过最具有代表性的各支座支反力来说明主梁在不同工况下的受力情况。各工况划分如下:

(1)工况一为第一施工阶段，第一孔张拉完毕;

(2)工况二为第二施工阶段，第二孔张拉完毕;

(3)工况三为第三施工阶段，第三孔张拉完毕;

(4)工况四为第四施工阶段，二期恒载施工完毕;

(5)工况五为使用阶段;。通过上述计算分析可看出，不同工况下，无论是施工阶段还是成桥运营阶段，内外侧支反力均存有差值，由此反映出梁体本身在不同的施工阶段均承受较大的扭矩。

2实测结果分析

为了验证设计成果和计算结果的准确度，成桥后，该桥进行了公路－Ⅰ级等代荷载试验，对各墩顶支反力进行了实测，并与计算结果进行了对比分析。计算结果与实测结果对比取用两种工况状态下进行比较:

(1)工况一:成桥后恒载状态;

(2)工况二:成桥后采用公路－Ⅰ级等代荷载进行加载。通过实测数据与计算结果的对比可以看出，恒载状态下，计算支反力与实测支反力差别不大，基本一致;采用公路－Ⅰ级等代荷载加载后，计算支反力与实测支反力有差别，但差别不大，经分析，差别主要是由于实际加载过程与程序中的理想状态加载还是有一定误差，包括荷载重量、车距等。本桥通过采取一定的构造措施，合理的预应力束布置和合理的施工方法，使得内外侧支座支反力在正常使用状态下趋于平衡，从而最大程度的避免了目前小半径预应力弯梁桥使用过程中所出现的支座脱空现象，使得弯桥内外侧支点反力趋于均匀，具备了最大程度的压力安全储备。设计中通过采取一定的构造处理、内外侧腹板采用不同的钢束型号以及施工中采用合理的施工方法是可以在一定程度上调整支座内外侧支座反力差值的，从而一定程度上可以减小内外侧腹板内力不均匀所带来的影响。

3结论

小半径独柱预应力混凝土连续梁桥目前在国内运用已经非常普遍，但由于其受力的复杂性，全面而系统的进行研究非常困难。本文以某小半径预应力混凝土连续箱梁匝道桥的工程实例为研究对象，通过采取一定的构造措施、合理的预应力束布置和合适的施工方法，对其进行了验算分析，并与成桥后的荷载试验结果进行了对比，试验结果表明，设计中所采取的各种措施是合理可行的。结论如下:

(1)在曲线梁桥设计中，必须充分重视结构构造的处理，采取必要的结构构造措施。尽量将箱梁底板宽度加大，使梁端支座尽量向两侧悬出，增大梁端支座间距，这样可以增强箱梁的抗扭刚度，使箱梁内外侧支座受力更加均衡;为增加箱梁的横向刚度，对于内半径小于240m的弯箱梁应设置跨间横隔板，其间距应由计算确定，板厚宜取25～40cm;小半径独柱预应力混凝土连续梁桥下部结构设计宜取用一定的偏心，偏心位置应根据不同的平曲线半径、桥梁跨径等计算确定，双支座设计时宜使两支座恒载状态下支反力相等为原则，单支座或采用固结墩设计时，偏心位置宜选择双支座设置时的扭矩零点位置。

(2)曲线梁桥设计中，曲线内外侧宜采用不同的预应力钢束(根数不同或型号不同)，以达到调整曲线梁桥某些截面承担过大扭矩的问题。同时宜尽量采用合理的施工方法尽可能减小内外侧腹板内力不均匀所带来的影响，释放部分内力不均匀所产生的扭矩，如逐孔施工、逐孔张拉预应力的施工方式。通过荷载试验与设计计算结果相对比，可以看出，通过本文所采取的各种措施使得内外侧各支座支反力在正常使用状态下趋于平衡，避免了目前小半径预应力弯梁桥使用过程中经常出现的支座脱空现象，具备了很大的压力安全储备，本文所采取的各种措施是合理有效的，可以作为以后设计和施工的借鉴。

作者：陈爱萍 刁荣亭 孙雷 单位：山东交通学院 山东省交通规划设计院 甘肃省交通规划勘察设计院有限责任公司