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空腹式连续刚构桥根部高度分析

发表时间：2020/9/28 来源：《基层建设》2020年第17期作者：张策

[导读] 摘要：结合某桥对空腹式连续刚构桥梁根部高度进行研究，采用参数分析方法，基于不同根部总高度H对结构经济性影响研究空腹式连续刚构主梁最佳根部高度，获得其影响规律，得出最佳根部梁高与全桥跨径的比值关系。

        六盘水高新技术产业开发区住房和城乡建设贵州六盘水 553000
        摘要：结合某桥对空腹式连续刚构桥梁根部高度进行研究，采用参数分析方法，基于不同根部总高度H对结构经济性影响研究空腹式连续刚构主梁最佳根部高度，获得其影响规律，得出最佳根部梁高与全桥跨径的比值关系。
        关键词：空腹式连续刚构；根部高度；参数分析法；结构经济性
        1前言
        空腹式连续刚构桥梁结构主要设计参数有梁底曲线、空腹区域长度、根部总高度和下弦最大倾角、上下弦梁高。有关规范对这些结构参数已有了一定的界定，但在实际的工程中的取值仍然存在较大的波动，与通常的理论取值范围偏离较大。因此针对空腹式连续刚构桥这一新桥型，对其结构设计参数进一步展开深入地研究仍然具有积极的工程意义。
        2工程概况
        某桥主桥为200+250+200m预应力混凝土空腹（斜腿）式连续刚构桥梁，引桥采用预应力混凝土T梁先简支后连续结构形式。该桥结构特殊、新颖，墩高跨大，承台顶至谷底最大高度达160m，主跨250m。桥址地处大山深处，山高谷深，坡陡路险，所处的峡谷呈不对称箱形，桥址区属亚热带云贵高原山地季风气候区。本桥共3跨，主梁截面形式为单箱单室，两侧悬臂长度为2m，顶板厚0.28m；墩顶梁高9.8m，为保证与主桥的衔接，跨中梁高为4.3m，梁高及底板厚度均按二次抛物线变化。斜腿部分采用等截面箱形截面，梁宽6.5m，高7.3m，上弦采用单箱单室，两侧悬臂长度2m，顶板厚0.28m，标准断面梁高4.8m，通过３个节段二次抛物线过渡到梁高6.8m，与下部斜腿交汇连成整体。
        3根部总高度H对结构经济性能影响分析
        采用桥梁博士软件对不同H下的空腹刚构桥进行设计分析，通过桥梁博士的调索程序对桥梁预应力索布置进行计算，得到其工程量。由于本桥是全预应力桥，所以配置钢筋要使桥梁桥面截面的上下缘都不能出现拉应力而导致桥梁开裂，其配筋原则是上下缘大的最大压应力不超过17.8MPa（不至于把混凝土压碎），上下缘的最小压应力不不能为负值，即不能出现拉应力而使桥开裂。主跨为250m的此类型空腹刚构桥进行设计分析，其建模参数如表4.1。
                    表4.1 主跨250米的设计参数汇总

        根据上表的参数用桥博建立模型，然后计算得出每个设计参数下的混凝土和预应力筋的用量，图4.2至图4.4分别为混凝土用量图，预应力筋用量图，材料费用图。

                     图4.2 混凝土用量表（m3）
        在梁底幂次都为2.75，以及下弦梁高为L/40（即为7.25m），根据根部总梁高的变化（从L/5-L/11）可以计算出在不同工况下不同空腹段的长度（空腹段长度随着根部总梁高的减小而减小）即从H为L/5的55m逐渐减小至L/11的41m。如图所示混凝土的用量随着根部总梁高的减小而不断减小，即：随着H从L/5-L/11混凝土的用量不断减小。
        在梁底幂次都为2.75，以及下弦梁高为L/40（即为7.25m），根据根部总梁高的变化（从L/5-L/11）可以计算出在不同工况下不同空腹段的长度（空腹段长度随着根部总梁高的减小而减小）即从H为L/5的47m逐渐减小至L/11的26m。如图所示预应力筋的用量随着根部总梁高的减小而不断减小，即：随着H从L/5-L/11预应力筋用量不断减小。

                        图4.3 预应力筋用量表（t）

                          图4.4 材料费用表（元）
        在梁底幂次都为2.75，以及下弦梁高为L/40（即为7.25m），根据根部总梁高的变化（从L/5-L/11）可以计算出在不同工况下不同空腹段的长度（空腹段长度随着根部总梁高的减小而减小）即从H为L/5的47m逐渐减小至L/11的26m。如图所示材料总费用呈曲线的形式，开始随着根部总梁高的减小而下降，大概到L/8处为最低值最少为8349522（元），主要是因为随着根部总梁高的减小混凝土的用量随之减少，虽然此时预应力筋的用量逐渐增加，但是不能抵消由于混凝土减少而减少的材料总费用；而随着根部梁高的继续增加，由于结构的不合理性，整个模型趋近于梁桥，导致产生很大的内力，而使预应力筋的用量大幅增加，而虽然混凝土的用量虽然减小但是无法抵消预应力筋的增长所造成的材料价格的增长，所以导致材料的总费用增加。
        研究表明：混凝土的用量是随着根部总梁高H的减小而减少，而预应力筋的用量是随着根部总梁高H的减小而增加。而总体材料费用在根部总梁高为L/8是最少为8349522（元），整体曲线走势呈开口向上的抛物线形式，其中在L/8出为抛物线的最低点。
        4 结语
        研究表明：随着根部总梁高H的减小，混凝土的用量随之减少，而预应力钢的用量却随之增大。而由于混凝土和预应力筋的价格不同导致总体材料费用得走势呈开口向上的曲线形式，即总材料费用随着根部总梁高的减少而降低，根部总梁高取L/8左右到达最低，此时主要是因为混凝土的用量所减少得费用大于预应力筋增加的费用而使总体材料费用降低。然后继续随着根部总梁高的减小总体材料费用呈上升趋势，这主要是因为混凝土的用量所减少的费用小于预应力筋增加的费用而使总体材料费用升高。可以得出此类空腹式连续刚构桥的最佳根部总梁高为桥梁主跨径的八分之一。
        参考文献
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        [2]项贻强，丰硕.大跨径单室预应力连续刚构箱梁桥的静力特性空间分析[J].公路交通科技，2005，3：58-61.
        [3]赫付军.大跨径PC连续刚构桥宽箱空间效应研究[D].重庆交通大学，重庆，2009.
        [4]廖小文.大跨宽箱连续刚构桥空间效应分析研究[D].重庆交通大学，重庆，2007.
        [5]胡哲.大跨预应力混凝土连续刚构桥施工控制与复杂区域配筋设计[D].湖南大学，长沙，2006.
        作者简介：张策，男，硕士研究生，工程师，二建建造师。