小半径曲线预应力连续梁设计

关键词：小半径曲线，预应力连续梁，结构设计

1. 概述

昆山合兴路南延接小虞河工程跨规划合兴西路采用三跨变截面预应力混凝土连续梁。桥梁所在的道路中心线位于弯曲半径为200m的圆弧上。沿道路中心线方向连续梁跨径布置为35+60+35m。主梁采用少支架现浇施工，一次落架。桥梁总布置图如图1.1.

图1.1

2. 设计标准

（1）道路等级：城市次干路 （2）设计速度：40km/h

（3）设计荷载：城-A级，每幅桥按3车道考虑。

（4）桥面宽度：双向四车道+非机动车道，全宽22.5m。

3. 设计参数 3.1结构构造

桥梁分两幅布置，左右幅之间留2cm变形缝。左幅箱梁中心处曲线半径为205.63m，右幅箱梁中心处曲线半径为194.37m。中跨圆心角为17.2°，边跨圆心角为10.0°。

主梁采用单箱双室、斜腹板箱形截面。跨中梁高为1.8m，墩顶梁高3.5m，梁高按二次抛物线变化。每幅桥梁顶板宽11.24m，翼缘悬臂长1.8m，腹板斜率2.7:1。顶板厚25cm；跨中底板厚25cm，中支点底板厚80cm；跨中腹板厚50，中支点腹板厚70cm。中支点横梁厚2.5m，边支点横梁厚1.5m。中跨设4道跨间横隔板，横隔板间距12m；边跨设两道跨间横隔板，横隔板间距10m。左幅主梁跨中及墩顶截面见图3.1~3.2。

图3.1跨中截面

图3.2墩顶截面

3.2预应力布置

主梁采用单向预应力。纵向预应力采用高强度低松弛钢绞线，标准强度1860MPa，腹板钢束采用12Φ15.2mm，顶、底板钢束采用9Φ15.2mm。腹板束采用两端张拉，顶、底板束采用单端或两端张拉。

图3.3墩顶钢束横断面布置

图3.4中跨跨中钢束横断面布置

3.3支座布置

由于本桥曲线半径较小，结构在荷载作用下，扭矩较大，为改善支座受力，各墩采用双支座。支座采用盆式橡胶支座。中支点支座横向中心距4.0m，边支点支座横向中心距5.0m。

4. 结构计算 4.1计算模型

采用Midas Civil 2012软件并考虑曲线因素，建立曲线单梁模型。这里曲线指的是以直代曲，即两个节点之间为直线，但是模型中的每个节点都在半径为200m的曲线上。主梁按部分预应力A类构件设计。

图4.1结构计算模型 4.2内力图 恒载作用下弯矩分布如下图，最大负弯矩-106544kN.m，中跨最大正弯矩34082kN.m 。

图4.2恒载弯矩图

恒载作用下剪力分布如下图，中墩附近最大剪力10371kN，边支点附近最大剪力2648kN。

图4.3恒载剪力图

恒载作用下扭矩分布如下图，主墩墩顶附近扭矩最大，最大扭矩为3105kN.m

图4.4恒载扭矩图

4.3抗弯承载能力极限强度

主梁抗弯承载能力验算如下图，从图中可以看出，箱梁的抗弯承载能力满足要求。

图4.5 抗弯承载能力极限强度

4.4正截面抗裂

短期效应组合下，上缘最小压应力0.53MPa，下缘最小压应力-0.65MPa。

图4.6短期效应组合上缘正应力包络图

图4.7短期效应组合下缘正应力包络图

长期效应组合下，上缘最小压应力0.76MPa，下缘最小压应力-0.57MPa。

图4.8长期效应组合上缘正应力包络图

图4.9长期效应组合下缘正应力包络图

4.5持久状况最大压应力

标准组合作用下，上缘最大压应力9.70MPa，下缘最大压应力11.26MPa。

图4.10标准组合上缘应力包络图

图4.11标准组合下缘应力包络图

4.6支反力

中支点、边支点反力见下表，恒载作用中支点曲线内侧反力10855kN，边支点曲线内侧反力1408kN。

表4.1 支反力

工况名称 恒载 活载最大 活载最小 边支点（kN） 曲线内侧 曲线外侧 1408 1535 1104 1149 -223 -399 中支点（kN） 曲线内侧 曲线外侧 10855 8848 2326 2003 -328 -563 计算结果表明：中墩内侧支座的支反力大于外侧支座的支反力，边墩内侧支座的支反力小于外侧支座的支反力。这是因为，具有平曲线的桥梁，通过其扇形平面的质心主轴，在中墩位置偏向曲线内侧，而在边墩位置偏向曲线外侧。