天津城建设计院300122
摘要：本文以某大跨径连续刚构桥为例，通过有限元对比分析了主梁桥面板横向验算中，直、曲线预应力钢束布置方式下箱梁的承载力与抗裂情况，得出：将直线配束优化为曲线配束后箱梁横向受力效果更好。本研究为同类桥梁在主梁横向预应力钢束的布置方式上提供经验。
关键词：连续刚构桥；横向预应力；直线布置；曲线布置
1工程概况
该桥箱梁为单箱单室直腹板断面（图1），顶板宽度为13.75m，两腹板外侧宽7.75m。箱梁翼板悬臂长度为300cm，翼缘外侧厚20cm，根部为75cm，为线性变化，梁高按1.5次抛物线变化，箱梁根部梁高11m，跨中及边跨合拢段梁高为3.5m。箱梁底板顶亦按1.5次抛物线变化。0号块箱梁顶板厚度为50cm，其余箱梁顶板厚度均为32cm。
图1跨中及边跨合拢段截面尺寸图（单位：cm）
2有限元建模原则
沿桥梁纵向截取跨中1m箱梁段，采用MidasCivil软件建立有限元模型，对主梁桥面板进行计算，采用梁单元进行模拟，将桥面板离散为60个单元，包含60个节点。
（1）横向预应力直线布置：
在横向预应力布置方面，首先采用了常规的直线束布置方式，如图2所示，钢束至梁顶距离10cm，各横向预应力束纵向间距50cm。
图2横向预应力束直线布置
（2）横向预应力曲线布置：
通过对主梁弯矩受力特点分析，进而对预应力钢束的布置方式进行了相应的改变，即采用曲线形式布置，在跨中截面处，钢束至梁顶距离仍为10cm，设6处转弯处，弯曲半径均为10m，各横向预应力束纵向间距仍为50cm，具体布置形式如图3所示。
图3横向预应力束曲线布置
3预应力钢束布置方式分析
根据前述横向预应力钢束的两种布置方式，计算在恒载、活载、温度变化等作用下结构的横向响应，并根据设计要求进行结构验算[1]，限于篇幅原因，仅择取其中几项验算结果作为比较。
3.1持久状况下承载能力极限状态验算结果
以正截面抗弯承载能力验算为例，如图4所示，虽然两种钢束布置下都满足结构设计要求，但直线布置时承载力最大值为635kN•m，横向跨中承载力最大值为53kN•m，跨中处刚好满足设计要求；而曲线布置时与之相应的承载力最大设计值分别为799kN•m与300kN•m，两图对比可以明显看出，曲线布置时安全度更高。另外，在截面的抗剪及抗扭承载力验算方面，曲线布束也比直线布束时的安全度更高。
a）直线布置b）曲线布置
图4正截面抗弯承载力验算
3.2持久状况下正常使用极限状态验算结果
以结构正截面抗裂验算为例，对于部分预应力A类构件，在作用（荷载）短期效应组合下，应符合：σst-σpc≤0.7ftk；在荷载长期效应组合下应符合：σlt-σpc≤0。直线布束时，短期效应组合σst-σpc=-3.29MPa<0.7ftk=1.92MPa，满足规范要求；而长期效应组合σlt-σpc=0.24MPa>0，不满足规范要求。
曲线布束时，短期效应组合σst-σpc=-1.32MPa<0.7ftk=1.92MPa，满足规范要求。长期效应组合σlt-σpc=-0.22MPa<0，满足规范要求。
a）直线布束（左：短期；右：长期）
b）曲线布束（左：短期；右：长期）
图5正截面抗裂验算
4结论
本文依托实际连续刚构桥工程，对主梁横向预应力钢束进行直线布置与曲线布置，分别验算结构横向承载力，可以看出：
（1）在正截面抗弯验算中，虽然两种布置方式下主梁承载力验算都满足规范要求，但曲线布束时结构安全度比直线布束时有明显提高。
（2）在正截面抗裂验算中，荷载长期效应组合下，直线布束时结构验算不符合规范要求，而改为曲线布束后可以满足结构验算要求，说明曲线布束下结构受力更加合理；荷载短期效应组合下，两种布置方式均符合验算要求，但曲线布束时，结构安全度高于直线布束。
参考文献：
[1]中华人民共和国交通部.JTGD62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京：人民交通出版社，2004.