摘要：以某主跨为130m的大跨径连续刚构梁桥的零号块为研究对象进行空间分析，分析工况取施工最大悬臂阶段及成桥运营阶段受力最不利状态，计算结果为工程设计及施工监测提供一定依据，改善零号块的受力状态，增加施工安全性。
关键词：连续刚构；零号块；空间应力分析
0 引言
预应力混凝土连续刚构梁桥零号块的设计是全桥设计中的关键，其受力状态直接影响桥梁施工安全性能及运营阶段的使用性能。零号块是上下部结构连接的部位，空间形状及受力状态复杂，因此有必要对零号块展开局部分析 [1,2]。本文采用Midas/Civil和Midas/FEA大型有限元程序对某预应力混凝土连续刚构梁桥零号块进行局部分析，以便局部配筋设计。
1 工程概况
本文以某大跨径预应力混凝土连续刚构桥为工程背景对该桥零号块进行计算分析，该桥主跨跨径为130m，主梁采用单箱单室变截面直腹板箱梁，悬浇施工，支点梁高8m，跨中梁高3.2m，其间梁高按1.8次抛物线变化。顶板宽14.05m，底板宽7.5m，顶板厚度均为0.3m；箱梁底板厚度从跨中0.3m按1.8次抛物线变化到箱梁支点的1m；腹板厚度在支点厚1.3m，跨中厚度为0.8m。主梁为三向预应力体系，纵向预应力采用18φs15.2预应力钢绞线，横向采用3φs15.2预应力钢绞线，竖向预应力采用JL32高强精轧螺纹钢筋锚固体系。
2三维模型的建立
2.1 几何模型
根据圣维南原理，零号块的受力与其周围的梁段受力状态有关，远离零号块区域的梁段受力状态对零号块受力状态影响较小。经过大量研究表明，局部模型取零号块高度一倍范围内的梁段区域可以取得理想的结果[3]。本文将箱梁的零号块、相邻的1号块、2号块及8m范围的桥墩构成的空间实体作为研究对象。
局部模型预应力的模拟仅需考虑建模范围内的横向预应力、竖向预应力及锚固在模型范围内的纵向预应力筋，其余钢束的效应体现在外荷载中，外荷载的取值是从Midas/Civil的杆系模型中提取，通过在局部模型端部截面形心处建立节点，将该节点与截面上其他节点耦合形成刚性区域，然后将提取出的弯矩、剪力及轴力直接施加在形心节点上[4,5]。只要有限元模型足够大，这种加载方式对零号块受力计算结果的影响可以忽略不计。
2.2计算工况及荷载施加
箱梁零号块在施工阶段及运营阶段的受力情况和边界条件均不相同，本文分析过程取2种工况进行计算。
工况1：施工阶段最大悬臂状态箱梁零号块梁段的局部受力分析，考虑一端已合龙，另一端尚未浇筑合龙段的不平衡受力状态；
工况2：运营阶段箱梁零号块梁段的局部受力分析，运营阶段荷载主要考虑了桥梁自重、二期恒载、车辆活载、预应力荷载、梯度温度荷载及收缩徐变效应。
表1为在杆系程序中读出的以上工况内力，将其施加于局部模型。
表1 作用荷载值
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2.3 零号块计算结果
由于篇幅原因，仅对运营阶段的零号块受力进行详细分析，下面列出运营状态零号块最大主应力与最小主应力云图。
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(a)最小主应力图 （b）最大主应力图
图1 运营状态零号块主应力图
图中零号块取一半剖面图，图中部分位置由于网格划分导致应力集中现象，对这部分的应力可以忽略，我们仅关心零号块范围内应力。
3 应力计算结果及分析
3.1 顶板应力分析
顶板最大主压应力为﹣6.38MPa，与纵向应力分布规律基本一致[6]。顶板最大主拉应力为0.91MPa，出现在零号块端部，顶板出现极少主拉应力，在满足规范要求，不会拉裂；其他位置主应力较小。
3.2 腹板应力分析
腹板主压应力从底部向上逐步变大，最大主压应力为﹣11.62MPa，最大值出现在腹板与顶板与底板连接处，腹板主压应力与纵向正应力分布规律大致相同。腹板最大主拉应力为2.23MPa，出现在腹板内侧与顶底板的倒角处，不满足规范要求。
3.3 底板应力分析
底板最大主压应力为﹣11.63MPa，最大主拉应力为0.79MPa，满足规范要求。
3.4 横隔板应力
横隔板主压应力为﹣4.32MPa；人洞附近存在部分拉应力，最大主拉应力为2.43Mpa，不满足规范要求。
3.5结果分析
模型中未考虑普通钢筋作用，从分析结果来看零号块整体受力良好，仅在横隔板、腹板与主梁连接倒角处出现超限拉应力。理论上来讲，考虑普通钢筋作用后这些拉应力值会有所减小。为了判断所得的拉应力是否超过了规范的要求，本文引用文献7提出的考虑普通钢筋的作用对混凝土强度标准值乘以允许应力增大系数，作为零号块局部模型分析结果的判断依据[7]。通过计算表明，该桥的零号块各部分受力满足规范要求。故设计过程中零号块不宜采用均匀的配筋设计，应结合数值分析及实际工程病害对薄弱部位配置加强钢筋。
4 结语
预应力混凝土连续刚构梁桥零号块处构造复杂，实体单元分析对设计方案的优化、复杂节点的分析有不可替代的作用，设计时需要对零号块进行局部空间应力分析，找出应力较大的部位，针对性地设置加强钢筋，改善零号块受力，防止桥梁在使用过程中过早地出现病害。
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