转体施工T构桥横向核算

摘要：本文以某跨铁路转体施工T构桥工程为实例，简单介绍了预应力混凝土箱体桥梁的横向计算方法，给出T构桥横向的核算内容及相关分析过程，也对常遇到的设计不足处提出相关改进技术措施，为相似工程提供借鉴。
关键词：T构桥；转体施工；横向核算


0引言
随着国家的交通道路网的迅速发展，转体法施工大跨度预应力钢筋混凝土连续梁桥已经广泛应用于一些横跨主要陆地交通道路及铁路和水上交通道路的桥梁施工。转体施工方法是将桥梁结构在非设计轴线位置制作成形后，通过转体进行就位，能将在障碍上空的作业转化为近地面的作业，可以采用平面转体、竖向转体或平竖结合转体。鉴于铁路运营的安全关系到千百名旅客和国家上千万财产的安全，对既有铁路后建设相交道路，常采用上跨铁路转体施工大跨度预应力钢筋混凝土T构箱梁桥。
T构桥在进行纵向计算时将结构简化为单个纵梁进行平面杆系有限元计算，其横向仅考虑横向分布系数的作用，没有进行横向计算。因此，无法精确分析箱梁截面的横向受力状态，也无法进行配筋设计。为了提高项目的安全储备，全方位完美设计，即为了进一步了解箱梁的横向受力状态并进行合理配筋，非常有必要进行箱梁的横向计算分析。
1横向计算方法
目前对于箱梁横向计算方法，主要包

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括：有效宽度法、影响面法、TYL框架分析法、刚性支承框架法、有限元法及弹性支承框架法。影响面法虽然有较精确的弹性理论基础，但其边界条件是理想的，计算较繁琐，运用不方便。TYL框架分析法只局限应用于无悬臂且上、下板厚相等的双对称截面箱梁，不适用单箱多室或多箱多室。刚性支承框架法，由于将支承条件模拟为刚性支座，与实际不符，导致计算结果偏差较大。有限元法虽然能够精确的计算箱梁横向内力，但实际使用时建模工程量大，活载最不利布载及计算结果提取不方便，应用有难度。弹性支承框架法是当下工程设计中最常用的方法，即将箱型横截面作为整体框架分析，在箱梁的长度方向截取单位长度的薄片框架，考虑桥梁纵横向挠曲的影响，沿腹板中轴线的竖向虚拟为弹性支承，侧向给予约束，其理论基础是弹性力学中圣维南原理。我国铁路相关规范规定，箱梁主梁的横截面，可作为支承在主梁腹板中心线下缘的箱梁框架进行设计。但现行的《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004，并未明确对箱梁的横向内力计算进行规范，但在实际中，常采用弹性支承框架法计算。
2工程概况
某工程设计主桥为整幅T构桥，桥宽28m，采用（65+65）m连续梁结构，主桥跨越既有铁路，采用支架现浇、平面转体的施工方法。主梁为全预应力混凝土构件，采用C50混凝土。主梁横断面采用单箱双室斜腹板截面，中墩顶处6m段为等高段，梁高5.5m，由中墩顶至跨中方向52米为变高段，梁高经抛物线逐渐变至2.5m等梁高现浇段。箱梁采用纵、横双向预应力体系，预应力采用φs15.20高强度低松弛预应力钢绞线，标准强度fpk=1860Mpa，钢束控制张拉应力取用σcon=0.75fpk。铺装层为10cm沥青混凝土和10cm防水混凝土。
3T构桥横向核算
该项目T构桥跨越运营铁路，考虑铁路的安全性需要，设计活载提高1.3倍。基于前述，采用基于有限元模拟程序《midas》、《桥梁博士3.2》及手算，根据圣维南原理，选取代表性截面按弹性支承框架法对T构桥进行横向核算，主要内容如下。

3.1核算模型

设计过程中一般选取跨中截面和中墩、边墩边缘附近等高截面进行计算分析并配筋。限于篇幅，仅选取跨中截面进行核算，模型如图1。

图1跨中截面横向核算模型
计算中需考虑的荷载包括：自重、二期恒载、预应力、混凝土收缩徐变、温度力、车辆荷载。其中自重、预应力荷载程序建模后本身赋予；二期恒载主要是铺装及防撞护栏重量；混凝土收缩徐变按3650天计；防撞护栏荷载作用在悬臂端部，铺装作为桥面板上的均布力加载；车辆荷载按规范[3]公路-I级车辆荷载的布置形式按车轮处集中力考虑，其荷载大小根据轮重和顺桥向的分布宽度折算为单位长度的集中力。需注意的是，该桥箱梁属于长悬臂结构，计算悬臂板上的车轮荷载时，不仅需要根据规范要求对荷载值进行调整；还需要考虑悬臂板上车轮荷载作用点的正弯矩。该桥桥面横向最多可布置6列车辆，按多种可能进行布载，多车道时考虑横向折减，最终取最不利结果作为活载效应。横向温度应力对预应力箱梁特别重要，尤其在大跨径桥梁横向截面设置预应力时更要引起重视，因为纵向强大的预应力会引起横向混凝土抗拉应力的消弱，所以横向温度应力验算是必须的。温度力荷载主要考虑体系均匀升降温，箱内外温差，桥面升温。

3.2核算内容

核算截面处的活载弯矩包络图见图2，恒载(自重及二期恒载)弯矩图见图3。

图2 活载弯矩包络图

图3 恒载弯矩包络图
由活载弯矩包络图2可知，活载作用下，桥面板受力以负弯矩为主，边腹板处最大。对腹板而言，活载弯矩主要集中在上部；三片腹板受力相差不多。
由恒载弯矩包络图3可见，恒载作用下，桥面板在中腹板处的弯矩较小，受力较大的部位在边腹板附近；对腹板而言，边腹板内侧受拉，弯矩值明显大于中腹板。
根据规范[4]，对桥面板及横向截面顶板、腹板、底板抗裂与抗弯承载能力核算。结果分析及采取改进技术措施为：在横向预应力的作用下，桥面板基本处于全截面受压状态，应力水平比较均匀，但在悬臂部位及靠近边腹板内侧处，由于荷载长期、短期效应组合下均出现了拉应力，桥面板不能满足全预应力构件或A类构件的抗裂要求，应适当降低横向预应力钢束的规格或者调整钢束的形状，并加强加腋处及悬臂部位的普通钢筋。桥面板承载能力及横向截面顶板、腹板、底板抗裂与抗弯承载能力均满足规范要求。但需要注意，在横向计算中，腹板属于偏心受压构件，而桥涵规范中未列出B类偏压构件的裂缝计算方法，应参考其他有关资料进行裂缝宽度的验算，如采取名义拉应力法、折算弯矩法[5]等。
3 结语
通过转体施工T构桥横向的核算及分析，并对经常遇到的设计不足处提出相关改进技术措施，在T构桥横向设计满足规范基本要求的基础上，提高项目安全储备，确保铁路运营安全，创造良好的社会效益。可予其他相似工程参考。
参考文献(References)：
张联燕,等.桥梁转体施工[M].北京:人民交通出版社,2003.
杨智,李捷.箱梁桥的横向计算[J].青海交通科技,2006,(3):27-29.
[3] 《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）.北京:人民交通出版社,2004.
[4] 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）.北京:人民交通出版社,2004.
[5] 刘义虎,易震宇.偏压构件裂缝宽度计算公式探讨[J].中南公路工程2000,25(1):41-42.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。