太原市南中环快速路高架桥箱梁计算分析

第４０卷第３１期　・１９６・　２　０　１　４年１　１月　山　西　建　筑　

ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖｏ１．４０　Ｎｏ．３１　

ＮＯＶ．　２０１４　

文章编号：１００９—６８２５（２０１４）３１－０１９６・０２　太原市南中环快速路高架桥箱梁计算分析　

唐　军　（太原市市政工程设计研究院，山西太原０３０００２）　摘要：以已施工完成的太原市南中环快速路高架桥（３６＋５６＋３６）ｍ连续箱梁为例，采用有限元软件桥梁博士建立其计算模型，　按不同工况计算该桥在恒载和恒载＋活载作用下的桥梁力学性能，包括上部结构纵向和横向计算分析，计算结果表明，桥梁截面　拉应力和压应力均可满足规范要求。　关键词：高架桥，力学性能，应力分析，连续梁　中图分类号：Ｕ４４８．２１３　文献标识码：Ａ　

１　工程概况　太原市环线道路建设工程——南中环工程（东环高速一西环　高速）全长１４．２５　ｋｍ，平阳路一体育路段高架桥全长２　０９４．６２　ｍ，　连续上跨南中环街与平阳路等三个道路交叉口，路口处均采用　（３６＋５６＋３６）ｍ预应力混凝土连续梁，其余为４×２８　ｍ，４　Ｘ　２９　ｍ，３　ｘ３０　ｍ，４×３０　ｍ和３　ｘ３５　ｍ的等截面预应力混凝土连续　梁，桥梁标准段宽度为２３．５　ｍ。在平阳路与长治路路口之间设置　与主线平行的匝道桥（南侧、北侧各一处），桥宽８．５　ｍ，为３×　３０　ｍ，４×３０　ｍ等截面预应力混凝土连续梁；在匝道桥与主桥相接　８　１咂　耨。　出　处，主桥宽度由４１．５　ｍ过渡到２３．５　ｍ，形式为（２０．５＋３×２５＋　２０．５）ｍ等高等宽的钢筋混凝土连续梁。主线桥宽２３．５　ｍ的标　准断面桥墩采用带横梁双立柱桥墩，匝道桥墩立柱采用单立柱形　式，桥台采用薄壁桥台，墩台基础均为承台配桩基，主线和匝道桥　台侧墙两侧接钢筋混凝土挡土墙。　上跨平阳路等三个路口采用的（３６＋５６＋３６）ｍ连续梁，为高　架桥控制性工程，桥梁立面及断面如图１～图３所示。桥墩立柱　形式均采用带横梁双立柱桥墩，且沿高度弧线变化。为确保桥梁结　构安全，需对此连续梁桥上部箱梁结构进行纵、横向力学性能分析。　

２　３５Ｏ　图１连续梁桥立面图　图２连续梁桥边墩断面图　图３连续梁桥中墩断面图　２技术标准　１）设计基准期：１００年。２）设计行车速度：６０　ｋｍ／ｈ。３）设计　荷载标准：城Ａ级。４）桥梁净宽度：２×净１０　ｍ。５）桥面横坡：双　向２％。　

３箱梁结构设计　３．１　箱梁基本构造　箱梁采用变截面单箱五室断面，箱梁顶宽度为２３．３　ｍ，箱梁　底宽度为１４　ｍ，翼缘的悬臂长度值为２．５　ｍ，箱梁通过顶底板形成　横坡，全截面梁高一致。箱梁高度（裸梁）在全联端部及跨中均为　

收稿日期：２０１４—０８－２５　作者简介：唐军（１９８２．），男，工程师　

２　Ｉｎ，在墩顶位置为３．３　ｍ，箱梁在２５．５　ｍ长度内梁高按二次抛物　线从２　ｍ过渡到３．３　ｍ。箱梁顶板厚度：梁端及墩顶处最大值为　５０　ｃｍ，其余位置均为２５　ｃｍ。箱梁底板厚度：标准段厚度２２　ｅｍ，　在２５．５　ｍ长度内按二次抛物线从２２　ｃｍ过渡到８０　ｃｍ。箱梁腹板　厚度：梁端及墩顶最大处为７０　ｅｍ，其余位置均为４５　ｃｍ。全联中　心处设置一道３０　ｃｍ厚横隔板，且箱梁采用Ｃ５０混凝土。　３．２箱梁纵向钢柬布置方式　箱梁按部分预应力混凝土结构进行设计，采用纵向预应力钢　束、横梁预应力钢束相结合的形式。纵横向预应力均采用　４）　１５．２４　ｍｍ预应力低松弛钢绞线，抗拉标准强度１　８６０　ＭＰａ，弹　性模量１．９５×１０　ＭＰａ；且纵横向预应力钢束管道为塑料波纹管　圆管成孔，并使用真空辅助压浆工艺。全联箱梁纵向预应力钢束　共１２８束，顶板束为８Ｏ束，底板束为２４束，腹板束为２４束。顶板　处预留４个备用孔道，跨中底板预留２个备用孔道，边跨底板也各　预留２个备用孔道。墩顶顶板钢束为２４束１２，１，　１５．２４钢绞线及　８束３　１５．２４的钢绞线，腹板钢束采用２４束１５，１，。１５．２４的钢绞　线；中跨跨中底板处采用６束１２，１，　１５．２４的钢绞线。箱梁纵向预　应力钢束布置图见图４，钢束的控制张拉应力为０．７５ｆ．　。　３．３箱梁横梁钢束布置方式　第４０卷　。　智　唐军：太原市南中环快速路高架桥箱梁计算分析２　０　１　４　１　１　Ｔ　年　月　眉牛：Ａ尿ｌＩＪ　、Ｉ大】ａ！　同木　术　１畀　］　・１９７・　４　４．　

３０　范　不　按　按　程　８７　工　梯　凝　堕　设　１Ｏ　最　梁　应　时　力　要　也　果　与　

中横梁预应力钢束布置共设１４束１５，１，　１５．２４钢绞线，每排７　束，布置图详见图５，钢束的控制张拉应力为０．７　。　３　５９４　５　６Ｏ０／２　■　１　２ｘ４５　２ｘ１２２　２００　２５　２５　２０ｏ　

６ｑ　３ｘ１００．　２．ｘ１００．　１０ｘ２００　２ｘ１３７．　７　５２ｘ１２５　．．７５　２．ｘ１３７．＿５　ｌＯｘ２００　

ＩＩ　ｌｌ　ｌ　Ｉ　ｌ　ｌ　ｌ　Ｉ　ｌ　Ｉ　｛　１　ｌ　【　ｌ　Ｉ　ｌ　ｌ　Ｉ　¨　｛　Ｉ　｝　Ｉ　ｌ　Ｉ　ｌ　ｌ　

一＼　＼二　’譬一　一　—　二＿一—＿二＝　／曲Ｉ如¨＼＼一＼＼＼　≤　：　

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§４５０．４４４．　２　５５０　１５０　ｘ２．　２　５５０　２　Ｌ００｛　

图４箱梁纵向预应力钢束半立面图　｝　！　：　十４・２　中横梁静力计算　

．　５×５０　．２１５：５×４３７　＿２×３　３ｌ０：５　６２　ｐ２７．　０＝２ｘ｛３８５７－５－３×６２ｊ　计算参数相关参数取值方法：中横梁整体升温２５℃，中横梁　

簧砉霎　煮　

——　—＝二＝＝＝＝＝＝丰　＝＝　铺装及护栏自重加载、由腹板传递过来的竖向剪力按照顶板与腹　＼　：　ｉ一　板分摊的形式加载至腹板位置。中横梁施工及运营阶段的静力　１　、、　ｊ　ｌ　计算按桥梁博士Ｖ３．２．０进行相关计算，计算模型划分方法：单元　ｌ　Ｉ　ｌ　４６个，节点４７个，且分为混凝土浇筑及横向预应力钢束张拉、二　

一　………．　．．．。＝一　ｌ　期恒载加载、运营ｗｑ－－：个ｉ施工阶段进行相应计算。成桥运营计算工　图５中横梁横向预应力钢束立面图　

、　、整体升　丕。　、羔　沉　辱。孬算　果　

连续梁上部结构计算　说明：中横梁在各个施工阶段，混凝土应力、钢束张拉控制应力可　１　箱梁整体静力计算　满足规范要求；基本组合时，所有单元抗弯承载力均大于相应弯　计算相关参数取值方法：箱梁整体升温２５℃，整体降温为　矩设计值，承载力极限状态可以满足设计要求；同时基本组合时，　℃。同时，按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规　横梁上缘位置混凝土最大压应力为９．４　ＭＰａ（正值表示压应力，负　》的规定，对结构梯度温度进行相应取值。边跨桥墩支点处的　值表示拉应力），横梁下缘位置混凝土的最大压应力为１１．１　ＭＰａ，　均匀沉降取１２　ｍｍ，主跨桥墩支点处取ｌ５　ｍｍ计算。二期恒载　可以满足规范要求；当采用短期效应组合时，横梁上缘位置混凝　照铺装及护栏自重加载。全桥施工及运营阶段的静力计算是　土最小应力为４．７　ＭＰａ，下缘位置为０．９７　ＭＰａ，可以满足规范要　桥梁博士Ｖ３．２．０进行计算，为验证合理性，采用ＭＩＤＡＳ　ＣＩＶＩＬ　求；当采用长期效应组合时，横梁上缘位置混凝土最小应力为　序对结果进行复核。箱梁计算模型划分方法：单元８６个，节点　１．７　ＭＰａ，下缘位置为０．４２　ＭＰａ，也可满足规范要求。总之，中横　个，且分为混凝土浇筑及钢束张拉、二期恒载加载、运营三个施　梁的承载力极限状态强度验算结果、持久状况及短暂状态应力验　阶段进行计算。成桥运营计算工况：恒载、活载、整体升降温及　算结果以及正常使用极限状态抗裂均可满足现行规范要求。　度温度、支点沉降等。计算结果说明：箱梁在各个施工阶段，混　５　结语　土应力、钢束张拉控制应力可满足规范要求；基本组合时，所有　上跨平阳路等三个路口所采用的（３６＋５６＋３６）ｍ变截面预　元抗弯承载力均大于相应弯矩设计值，承载力极限状态可满足　应力混凝土连续梁，为太原市南中环快速路高架桥的关键控制性　计要求；同时基本组合时，箱梁上缘位置混凝土最大压应力为　工程；箱梁的纵向布束、中横梁针对其横向支座特点而布置的钢　

．１　ＭＰａ（正值表示压应力，负值表示拉应力），下缘位置混凝土　束计算，是该桥的设计难点。通过先进的计算分析手段，优化设　大压应力为８．５　ＭＰａ，满足相关规范要求；短期效应组合时，箱　计，可使结构尺寸合理、比例协调，外形优美、安全可靠。本文所　上缘位置混凝土最小应力为一０．２５　ＭＰａ，下缘位置混凝土最小　采用的高架桥连续箱梁结构形式，可为同类桥梁的设计实施提供　力为一０．６４　ＭＰａ，可满足相关规范要求；当采用长期效应组合　借鉴。　

，箱梁上缘位置混凝土最小应力为０．７６　ＭＰａ，下缘位置最小应　参考文献：　为０　ＭＰａ，均可满足规范要求；在正常使用极限状态时，按规范　［１］ＪＴＧ　Ｄ６０—２００４，公路桥涵设计通用规范［ｓ］．　求消除结构自重产生的长期挠度，此时中跨跨中挠度为４　ｍｍ，　［２］ＪＴＧ　Ｄ６２．２００４，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计　可满足规范要求。综上所述，箱梁承载力极限状态强度验算结　规范［Ｓ］．　

、持久状况及短暂状态应力验算结果、正常使用极限状态抗裂　［３］ＣＪＪ　１１－２０１１，城市桥梁设计规范［Ｓ］．　挠度验算结果均可以满足现行规范要求。　［４］　石贵军．流架Ｉ号大桥设计［Ｊ］．中外公路，２０１０（５）：２９—３１．　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｂｏｘ　ｇｉｒｄｅｒ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ　ｖｉａｄｕｃｔ　ｏｎ　Ｓｏｕｔｈ－－ｍｉｄｄｌｅ・－ｃｉｒｃｌｅ　ｒｏａｄ　ｉｎ　Ｔａｉｙｕａｎ　ｃｉｔｙ　ＴＡＮＧ　Ｊｕｎ　（Ｔａｉｙｕａｎ　Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｔａｉｙｕａｎ　０３０００２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｄｏｃｔｏｒ　Ｂｒｉｄｇｅ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈ　ａ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ（３６＋５６＋３６）ｍ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｂｏｘ　ｇｉｒｄｅｒ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｏｎ　Ｓｏｕｔｈ—ｍｉｄｄｌｅ—ｃｉｒｃｌｅ　ｒｏａｄ　ｉｎ　Ｔａｉｙｕａｎ　ｃｉｔｙ　ａｆｔｅｒ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｔｏ　ｂｅ　ｆｉｎｉｓｈｅｄ．Ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ　ｔｏ　ｃａｌｃｕｌａｔｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｒｉｄｇｅ　ｏｎ　ｐｅｒ－　ｍａｎｅｎｔ　ｌｏａｄ　ｏｒ　ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ａｎｄ　ｖａｒｉａｂｌｅ　ｌｏａｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ　ａｎｄ　ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｕｐｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｍａｘｉｍａｌ　ｔｅｎｓｉｌｅ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｓｔｒｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｒｉｄｇｅ　ｓｅｃｔｉｏｎ　Ｃａｎ　ｍｅｅｔ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｉｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｎｏｒｍａｌ　ｕｓｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｖｉａｄｕｃｔ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｓｔｒｅｓｓ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｂｏｘ　ｇｉｒｄｅｒ