某曲线箱梁在预应力作用下的力学性能分析

孙国帅（河北工程大学，河北 邯郸 056000）

某曲线箱梁在预应力作用下的力学性能分析

孙国帅
（河北工程大学，河北 邯郸 056000）

摘 要：曲线箱梁桥存在一定曲率，其受力特性与直线箱梁桥有较大差异。本文通过研究某立交桥匝道桥曲线箱梁，分析预应力单独作用下的力学性能，得出的结论对于类似的曲线箱梁桥的力学分析提供一定参考价值。

关键词：曲线箱梁；预应力钢束；应力损失；位移

曲线箱梁桥在公路和城市交通体系中已广泛应用。引桥或匝道桥大多设计为曲线箱梁桥。曲线桥梁线型美观，适用范围广泛，相关研究逐渐增多，目前我国曲线箱梁桥技术接近甚至达到了国际先进水平。

1 工程简介

某立交桥匝道桥设计为曲线箱梁桥。匝道桥长95.4m，共3跨，每跨31.8m。该曲线箱梁匝道桥的平曲线半径为60m。箱梁的钢束管道摩阻系数µ=0.2，偏差系数K=0.0008。锚具受力变形而造成钢束的回缩量α=12mm，钢束松弛率0.035。

2 钢束应力损失计算

该箱梁钢束预应力损失主要影响因素及其计算方法如下：

（1）摩擦损失

管壁与钢束间摩擦损失的理论公式为：σs1=σk[1-e-（μθ+kx）]式中θ为空间包角，x为空间曲线长度。

（2）锚固损失

锚具损失的计算公式：

（3）弹性压缩损失

弹性压缩损失计算公式：σl4=nyΣ△σh1

（4）松弛损失

预应力钢绞线的松弛损失计算公式：σ15=0.07σk（一次张拉）；σl5=0.045σk（超张拉）。

3 钢束有效应力

钢束截面的有效应力等于张拉控制应力减去预应力损失。现根据上述公式计算钢束有效应力占张拉控制力的百分比结果见表1。

该表结果显示：相同腹板下端钢束的有效应力比上端钢束大，即下端的钢束应力损失小；内侧腹板钢束有效应力比外侧钢束有效应力大，即内侧钢束预应力损失小。

表1 钢束有效应力占张拉控制力的百分比

4 箱梁支反力和位移

由于各钢束预应力损失差值极小，为了简化计算，假定各钢束的有效应力值相等，解得箱梁支反力结果见表2，箱梁竖向及径向位移如图1所示。

表2 箱梁支反力结果

图1 箱梁竖向挠度及径向位移结果示意图

上述图表结果显示：预应力作用下曲线箱梁内侧支座出现受拉状态，竖向支反力为负值；外侧支座为受压状态，竖向支反力为正值。沿桥长度方向各截面径向位移值不等，中跨径向位移较大，边跨径向位移较小；梁截面内侧挠度始终大于外侧挠度。

结语

箱梁截面为不规则倒梯形，各钢束长度和偏转角度不一致，受预应力作用时，出现规律性预应力损失，应力损失较小；箱梁底部的钢束配置较多，钢束预应力产生的顶部扭矩小于底部扭矩，因此总扭矩作用下箱梁发生了向外侧偏转。

参考文献

[1]范立础.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]凌云.预应力钢束各种预应力损失值的计算[J].中国核科技报告，2009（09）.

中图分类号：U44

文献标识码：A