摘要：本文以津石高速某三跨变截面钢混叠合连续梁为背景，利用Midas civil空间有限元软件建立该桥静力计算模型。针对连续钢－混叠合梁桥墩顶负弯矩区桥面板，在非荷载因素作用下受拉易产生裂缝，采用支座强迫位移法配合墩顶负弯矩区预应力的方式解决此问题。以津石高速46.8+66.8+45.8m连续钢－混叠合梁桥为研究对象，采用支座强迫位移法在负弯矩区桥面板中产生了足够的预压应力储备，，为今后超大跨连续钢－混叠合梁桥的设计与施工提供参考。
关键词：钢混叠合梁；墩顶负弯矩；压应力储备；；空间模型
1.工程概况
本项目结合津石高速线位所跨规划路情况，将跨径布置为46.8m+66.1m+46.2m，桥梁结构采用变截面钢混叠合梁，跨中及边跨支点位置梁高为2.6m，中支点位置梁高为3.6m，桥面板厚度为0.3m，桥梁宽度33.5m，横桥向共9片梁，箱间采用横梁连接。
图1 桥型主体布置图
2.有限元模型建立
采用Midas/Civil 2017 对Z85-Z88建立空间有限元模型，建模时取单梁模型，并考虑横向分布系数，根据设计图纸中的结构布置、结构尺寸和施工程序将全桥结构离散为1096个节点，108个单元。其计算模型如图2所示。边界条件按照支座布置示意图中的支座类型布置，以顺桥向为x方向，横桥向为y方向，竖向为z方向。Z85号墩支座约束Z方向，Z86号墩支座约束x、y、z方向，Z87号墩支座约束Z方向，Z88号墩支座约束Z方向。
图2 结构有限元模型
3.翼缘有效宽度
3.1 钢箱梁截面翼缘有效宽度
在结构设计计算及后期的结构验算中需用到结构的横截面特性，由于本设计采用的钢-混凝土叠合梁的形式，因此需要分别计算钢梁、混凝土板及组合截面的截面特性。
根据《公路钢结构桥梁设计规范》5.1.8 中第 2 条“I 形、Π形和箱形梁桥的翼缘有效宽度按式（5.1.8-3）和（5.1.8-4）计算。
经计算，钢箱梁及混凝土截面翼缘有效宽度为截面全宽。
4 永久作用
（1）一恒：钢箱梁容重按 78.5kN/m³计，桥面板混凝土容重按 26.0kN/m³计。
加劲肋及横向联结系：4.611kN/m
（2）二恒：铺装（0.1*24+0.08*26）*3.73=16.71kN/m
边梁护栏及防抛网 0.5*26+0.71=13.71kN/m
（3）基础变位：不均匀沉降按 15mm 考虑。
（4）砼收缩：收缩按钢梁与砼板温差 15℃考虑。
（5）砼徐变：徐变采用调整钢材与砼弹模比的方法计算。
（6）二期铺装前中支点强制下降 100mm。
5 可变作用
（1）车道荷载：公路Ⅰ级，计算跨径 L0=66.1m。
（2）车道效应：按双向 8 车道计算。
（3）冲击系数：采用计算结构基频率的计算方法。
（4）竖向梯度温度：
6.施工步骤
（1）完成下部结构，设置临时支墩；
（2）架设梁段 A B C D，高强螺栓连接成一体，安装横向联结系；
（3）浇筑 A C D 梁段桥面板混凝土，使 A C D 段形成结合梁截面；
（4）浇筑支点及底板砼，浇筑梁段 B 桥面板混凝土，张拉顶板钢束；
（5）完成桥面铺装及其余附属设施。
7.主要计算成果
7.1 主梁施工阶段应力验算
钢主梁施工阶段最大拉应力为 95.1Pa，最大压应力-123.1Pa，满足规范要求；施工阶段桥面板最大压应力为-6.0MPa，满足规范要求；
一恒加载后—钢主梁上翼缘应力（单位：MPa）
一恒加载后—钢主梁下翼缘应力（单位：MPa）
一恒加载后—混凝土板上翼缘应力（单位：MPa）
一恒加载后—混凝土板下翼缘应力（单位：MPa）
二期加载后—钢主梁上翼缘应力（单位：MPa）
二期加载后—钢主梁下翼缘应力（单位：MPa）
二期加载后—混凝土板上翼缘应力（单位：MPa）
二期加载后—混凝土板下翼缘应力（单位：MPa）
7.2 钢主梁应力
7.2.1 钢主梁正应力：
（1）基本组合上翼缘：支点拉应力 176MPa，跨中最大压应力-107MPa；
（2）基本组合下翼缘：支点压应力-193MPa，跨中最大拉应力 139MPa；
（3）标准组合上翼缘：支点拉应力 99MPa，跨中最大压应力-96MPa；
（4）标准组合下翼缘：支点压应力-136MPa，跨中最大拉应力 110MPa；
（5）结论：基本组合钢主梁最大应力 176MPa＜fd=270MPa，满足规范要求；标准组合钢主梁最大应力 136MPa＜0.75×fd=202MPa，满足规范要求。
7.2.2 钢主梁剪应力：
钢主梁剪应力τ=5930*1000/（3300*20*2）=50.0MPa＜155 MPa，满足
7.2.3 钢主梁耦合应力：满足
钢主梁耦合应力=SQRT（193×193+3×50×50）=212MPa＜1.1×fd=297MPa，满足。
7.3 钢梁疲劳强度：
依据荷载模型Ⅰ进行验算，集中荷载为 0.7*Pk=0.7*360=252kN，均布荷载为0.3*qk=0.3*10.5=3.15kN/m；γ Ff =1.0，γ MF =1.35，中支点及跨中正应力时△Ø=0（D=20m），边支点时△Ø=0.3（D=0m），△δ D =110MPa，△τ L =40MPa（摩擦型高强螺栓的对接接头+自动双面对接焊缝或角焊缝）。
跨中正应力Δδpmax=19.1 MPa，Δpmin=-6.6MPa，γ Ff *Δδp=1.0*（1+0）*（19.1+6.6）=25.7 MPa ≤1.0*110/1.35=81.48 MPa，满足规范。
中支点正应力Δδpmax=4.6 MPa，Δpmin=-11.5MPa，γ Ff *Δδp=1.0*（1+0）*（4.6+11.6）=16.2 MPa ≤1.0*110/1.35=81.48 MPa，满足规范。
中支点Δτpmax=523000/3300/20/2=4.0 MPa，Δτpmin=46600/3300/20/2=0.4MPa，
γ Ff *Δτp=（1+0）*（4.0+0.4）=4.4 MPa ≤1.0*40/1.35=29.63 MPa，满足规范。
边支点Δτpmax=464000/2300/16/2=6.3 MPa，
Δτpmin=82700/2300/16/2=1.1MPa，
γ Ff *Δτp=（1+0.3）*（6.3+1.1）=9.6 MPa ≤1.0*40/1.35=29.63 MPa，满足规范。
6.4 主梁桥面板应力：
（1）标准组合桥面板上翼缘：最大压应力-10.6MPa，最小压应力-2.2MPa，满足规范。
（2）标准组合桥面板下翼缘：最大压应力-5.8MPa，最小压应力-0.6MPa，满足规范。
4.结语
通过验算可知，通过支座位移法配合墩顶负弯矩区施加预应力可以很好地解决负弯矩区开裂的问题，钢主梁及桥面板各项受力指标均满足要求。
5.参考文献：
（1）李继兰、李国芬、陈耀章。《连续钢－ 混叠合梁桥负弯矩区预压应力效应》公路交通科技，2012年6月；
（2）杨新刚、刘鹏。《钢-混叠合连续梁负弯矩区计算分析》工程建设与设计，2016年8期；
（3）刘文会、常广利。《钢-混组合连续梁负弯矩区开裂弯矩的研究》公路工程，2010，35（3）：46-48；
（4）]邓淑飞，付坤，付梅珍。《钢-混组合连续梁负弯矩区设计方法研究》黑龙江科技信息，2012，（13）：254-255；
论文作者:张明1,商艳丽2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/8/26
标签：应力论文; 弯矩论文; 桥面论文; 叠合论文; 组合论文; 支点论文; 支座论文; 《基层建设》2019年第16期论文;