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1概述

某鐵路上跨趙家溝特大橋，由于受高程控制，線路在以小角度跨越趙家溝河道及河道兩邊公路時，為了滿足橋下凈空及通車界限的要求，主橋上部結(jié)構(gòu)擬采用（80+108+80）m大跨度連續(xù)槽型梁結(jié)構(gòu)(圖1)。大跨度連續(xù)槽型梁能滿足橋梁“大跨度、低高度”的發(fā)展要求，但國內(nèi)大跨度槽型梁的設(shè)計和應(yīng)用尚屬空白，無工程實例可供參考。結(jié)合某鐵路1（-80+108+80）m大跨度連續(xù)槽型梁的設(shè)計，系統(tǒng)深入的分析大跨度槽型梁具有重要的理論及實踐意義，不僅有利于加強對大跨度槽型梁受力性能的認識，確保結(jié)構(gòu)安全，為今后槽型梁設(shè)計與合理施工工藝提供依據(jù)，同時也可填補國際及國內(nèi)大跨度槽型梁設(shè)計的空白。

2主要結(jié)構(gòu)特點

槽型梁是一種梁板空間組合預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，屬于下承式橋梁，它由行車道床板、主梁及端橫梁等部分組成。當(dāng)列車荷載作用在橋面上時，荷載通過道床板傳給主梁，再由主梁傳到支座。槽型梁最大的特點是能有效降低和控制橋梁建筑高度，且其建筑高度主要取決于行車道板的橫向跨度，當(dāng)縱向跨度越大時，建筑高度的降低越明顯。因此，在梁下凈空受限制的情況下，可充分發(fā)揮其結(jié)構(gòu)優(yōu)勢。在結(jié)構(gòu)受力上，槽型梁屬開口薄壁構(gòu)件，具有受扭性能差、橋面板彎矩受縱梁扭轉(zhuǎn)剛度影響較大、縱梁腹板下端承受垂直方向吊拉力影響較大等特點。

3結(jié)構(gòu)計算

3.1結(jié)構(gòu)構(gòu)造

（1）結(jié)構(gòu)尺寸擬定。本梁體為等高度槽形梁，腹板帶有大圓孔，總高10.5m。梁截面內(nèi)、外輪廓為圓弧形,其上方最大寬9.797m，下方為14m，梁體中間最寬處為14.42m。圓孔直徑4m,中心距為8m。腹板厚度0.7m，中支座處加厚為1.7m，邊支座和中跨中處加厚為1.2m；底板厚度為0.7m；上部翼緣厚度為0.6m～1.545m。頂部設(shè)有橫撐，橫撐寬度2m，厚0.6m,中支座處橫撐寬3m，厚0.8m。橋跨布置為(80+108+80)m預(yù)應(yīng)力混凝土槽型連續(xù)梁，全長269.6m(含兩側(cè)梁端至邊支座中心各0.8m)。截面尺寸見圖2。（2）預(yù)應(yīng)力鋼束布置。預(yù)應(yīng)力混凝土槽型梁采用全預(yù)應(yīng)力理論設(shè)計，在縱梁與道床板中布置縱向鋼束，在橫梁中布置橫向鋼束?？v向預(yù)應(yīng)力鋼束采用兩端張拉，橫向預(yù)應(yīng)力鋼束采用單端張拉，且張拉端交錯布置。縱向、橫向預(yù)應(yīng)力采用低松弛高強鋼絞線，產(chǎn)品應(yīng)符合GB/T5224-2003的標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)強度fpk=1860MPa、公稱直徑15.2mm、公稱截面積140mm2；Ep=1.95×105MPa。

3.2平面計算分析

縱梁的計算采用平面桿系有限元程序BSASforWindows(V4.23)進行計算，按全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件進行設(shè)計。在布置縱向預(yù)應(yīng)力鋼束時，按縱梁與道床板應(yīng)力相近的原則，配置道床板縱向鋼束，以使縱向變形協(xié)調(diào)相近，防止梁體裂縫出現(xiàn)。全橋共劃分為54個單元，55個節(jié)點。設(shè)計荷載包括梁體自重、二期恒載、列車活載、風(fēng)力、溫度荷載、預(yù)應(yīng)力、混凝土收縮等。全橋共分為5個施工階段(圖3)，采用支架現(xiàn)澆施工，設(shè)臨時支座。澆注完A節(jié)段后，待梁段混凝土達到100%設(shè)計強度，齡期不小于10天，依次張拉縱-橫－豎向預(yù)應(yīng)力，并及時壓漿，使該階段梁體在支架上具有簡支支承條件，以盡早形成明確的槽型構(gòu)件的受力狀態(tài)。其余階段按順序施工。荷載組合分別以主力、主力+附加力進行組合，取最不利組合進行設(shè)計。主要計算結(jié)果如下：（1）截面正應(yīng)力(表1)。（2）安全系數(shù)（表2）。計算結(jié)果表明，安全系數(shù)均大于控制要求。（3）位移。①活載作用下的撓度值（符號：向上變形為“+”，向下變形為“-”）靜活載作用下最大撓度值中跨中-9.2mm為跨度的1/11739，邊跨中-4.9mm為跨度的1/16326,小于L/900。②恒載撓度值及預(yù)拱度設(shè)置恒載作用下引起的最大撓度值中跨中-10mm(Q2=175kN/m)、邊跨中-8mm(Q2=175kN/m)，由于恒載+1/2活載最大值為-14.6mm(Q2=175N/m)、-10.5mm(Q2=175kN/m)，不設(shè)預(yù)拱度。③梁端豎向折角和工后徐變(表3)在ZK活載作用下，梁端豎向折角為：0.211‰<1.0‰（rad）。本設(shè)計二期恒載上橋時間按預(yù)加應(yīng)力后60天計算。均滿足要求。

3.3空間計算分析

考慮到槽型梁為縱、橫梁+整體板體系，其受力具有明顯的空間受力特性，因此還必須通過空間計算來分析結(jié)構(gòu)的內(nèi)力狀態(tài)。模型的建立以槽型梁的實際空間位置、尺寸、材料特性、連接方式、荷載條件以及鋼筋的影響為依據(jù)，通過建立實尺模型從而得到詳盡、準(zhǔn)確可靠的分析結(jié)果。建模原則如下：(1)盡量再現(xiàn)結(jié)構(gòu)原型，如實反映結(jié)構(gòu)形狀和尺寸變化。(2)在保證求解精度和速度的前提下，取用適當(dāng)簡化模型。(3)采用自由度耦合和約束方程建立上部與下部之間的連接關(guān)系。(4)分析中不考慮混凝土的徐變因素?；炷羻卧淳€性考慮?？臻g計算分析采用MidasFEA軟件，進行了三維實體單元模型計算。由于模型的重點在于了解上部結(jié)構(gòu)的應(yīng)力情況，進一步摸清槽型梁的受力特點，所以在建模的過程中忽略了墩柱和樁基的影響。三維實體單元模型如圖4所示。采用空間實體模型進行計算主要得到如下結(jié)論：(1)與平面模型結(jié)果相比較，槽型梁上緣縱向正應(yīng)力于跨中處吻合較好，槽型梁底板應(yīng)力誤差也比較小。(2)在支座處，槽型梁由于扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生明顯的畸變、翹曲效應(yīng)。(3)在橫向預(yù)應(yīng)力的作用下，道床板頂、底板未出現(xiàn)橫向拉應(yīng)力。僅在中支座倒角部位出現(xiàn)了3.5MPa的拉應(yīng)力，且分布范圍比較小。(4)槽型梁內(nèi)剪應(yīng)力較小，均能滿足規(guī)范要求。

4結(jié)論

(1)此設(shè)計方案填補了國內(nèi)大跨度槽型梁的設(shè)計和應(yīng)用的空白，其外輪廓為圓弧形的造型也十分優(yōu)美，且在頂部設(shè)置了橫撐，大大提高了主梁抗扭剛度，從而增強了槽型梁整體性及橫向剛度。

(2)由于主梁的寬度較大，支座橫向位置的設(shè)置對支點處橫梁的受力影響很大，因此支座橫向位置應(yīng)根據(jù)在不同位置設(shè)置支承條件時橫梁的受力及主梁的扭轉(zhuǎn)情況來定。

(3)槽型梁由于腹板帶有大圓孔，正應(yīng)力在圓孔處集中形成了明顯的剪力滯效應(yīng)，在設(shè)計時應(yīng)對這些地方鋼筋進行加強。

(4)支點處主梁和道床板連接處應(yīng)力較復(fù)雜，既存在橫向的負彎矩，還有較大的縱向剪應(yīng)力存在，在設(shè)計中應(yīng)對此處進行局部分析。

(5)槽型梁是一種復(fù)雜的空間板梁組合結(jié)構(gòu)，梁內(nèi)鋼筋密集，工藝制作技術(shù)要求高使其應(yīng)用受到限制。將具有優(yōu)良力學(xué)性能的活性粉末混凝土(RPC)用于槽型梁可以較好地解決上述問題，充分發(fā)揮材料性能，同時可減輕結(jié)構(gòu)自重，提高安全性。