现浇钢筋混凝土空心板梁的桥博计算实例

现浇钢筋混凝土空心板梁的桥博计算实例

吴溢伟

江苏腾上建设有限公司 江苏 无锡 214000

摘要：空心板梁桥由于有着经济、梁高低、施工工艺简便等特点，在市政以及公路桥涵建设中应用较为普遍，空心板梁根据施工工艺不同，分为预制和现浇两种，常规的中小桥梁以预制空心板梁为主；当桥梁规模小，而结构又异型，且箱涵方案水利部门不通过时，现浇空心板梁桥便成了第一选择。本文主要是以某实际工程为例，解析桥梁博士V4的现浇空心板梁桥的上部模型的搭建以及计算流程。

关键词：城市桥梁、桥梁博士、现浇空心板梁

1 设计资料

某地块开发建设，其南侧为一现状河道，地块西侧有一园区道路跨越该河道，标准段道路红线宽8.5m，在河道附近加宽设置下车停靠点，现状河道河口宽约12，河道两侧为直立式驳岸，考虑河道上方新建1-14.5m异形现浇简支梁桥一座，下部结构采用薄壁式台身+桩基础的形式。

上部结构采用钢筋混凝土现浇空心板梁，梁高85cm，采用φ55PVC管成孔，两侧挑臂35cm。

下部结构采用薄壁式桥台，台身厚1m，桥台基础采用桩基接承台，其中桩基采用单排直径为1.2m的C30水下砼钻孔灌注桩基础，承台宽2.2m，厚1.8m，承台基底设置10cmC20素砼垫层+10cm碎石垫层，垫层均宽出承台边缘15cm。

桥梁横断面布置：

0.5m防撞护栏+8.5~13.8m不等宽车行道+0.5m防撞护栏。

桥面铺装：

采用4cm AC-13C(SBS改性)细粒式沥青混凝土+6cm AC-20C中粒式沥青混凝土+ 8cmC40混凝土，其中沥青横向力系数SFC60≥54。

现浇梁北侧顶板宽18.58m，南侧顶板宽10.466m，两侧顶板宽通过圆弧渐变，梁高0.85m，挑臂宽0.35m。

其中下缘受拉主筋N4为两排28主筋。上缘通长钢筋N2为单排12钢筋，箍筋采用12钢筋。

2 纵向计算

2.1 总体信息输入

在桥博软件中输入总体信息，模型说明中选择规范“2018城市规范”，结构重要性系数为“1.1”，环境类别“Ⅱ类”，模型类别为“空间杆系”；计算内容中勾选“计算收缩”、“计算徐变”、“计算活载”、“进行验算”。材料定义中把需要的材料定义完成，本项目板梁混凝土采用C40，受拉主筋和箍筋为HRB400，其余拉筋为HPB300。

2.2 结构建模

总体信息输入完成后开始结构建模，先定义轴线，然后选择轴线建梁，梁跨14.5m，支座距离端部0.3m。然后切换至截面，按实绘制或从CAD导入梁端和跨中截面，由于本项目现浇梁异形，考虑增加多个跨中截面以使模型更精确。截面导入完成后右键截面，在“截面定义”中选择温度梯度模式。然后切换回建模截面，在梁的正确位置安装各个截面。板梁的整体样式出来后点击板梁，更改其属性，“构件验算类型”选为钢筋混凝土梁；“构件模板”为常规空间混凝土主梁；变宽段两侧的空心圆并未按实际建模，考虑通过手动调整自重系数来扣除该部分的自重，最后自重系数取0.92。

2.3 钢筋设计

结构建模完成后进入钢筋设计，点击左上角的纵筋，然后根据提示输入偏移距离（正值表示距离梁底，负值表示距离梁顶），注意主筋要通长设置，否则梁端计算结果会出现失真情况。输入完成后可双击需要编辑的钢筋进入编辑界面，依次输入钢筋的名称、直径、受力方向、钢种、并置根数。然后在横向布置中输入钢筋的根数和间距，因为是单梁模型，所以既可以按实际输入，也可以直接输入根数*0。本项目下缘受拉主筋是两排28，在程序中直径选择28，并置根数为2,软件计算时会自动用等代直径39.6的钢筋进行分析。

接着布置箍筋，点击左上角的箍筋，然后根据提示选择箍筋布置的起点、首距、间距，最后指定布置范围（可用鼠标点击布置终点也可输入布置根数），此时显示界面会将箍筋示意出来，双击箍筋对其属性进行编辑，包括钢种、竖直方向的直径和肢数以及水平方向的直径和肢数。

最后点击上方汇总按钮，核查纵筋、箍筋和斜筋的布置情况。对于有问题的钢筋可在该界面直接进行修改。

2.4 施工分析

施工阶段按实际分为：板梁浇筑、桥面系施工、收缩徐变三个阶段，由于本项目规模小，将板梁浇筑和桥面系纳入一个阶段施工。

首先在第一个阶段点击左上角安装构件，框选所有施工段，右键结束。接着添加支座，可在表格中手动添加，依次输入支座名称，选择支座节点（一般在结构建模阶段将支座位选择为特征节点），支座类型选为“一般支座”，简支梁一端为铰接，一端为链杆，按照该支座特性勾选自由度约束；也可用程序上方的界面直接添加支座。再切换至线性荷载界面，将其上桥面系的荷载按实输入：

本项目桥面系为4cm AC-13C(SBS改性)细粒式沥青混凝土+6cmAC-20C中粒式沥青混凝土+ 8cmC40混凝土，桥梁两侧为混凝土防撞护栏。

计算得南侧桥面系荷载为：9.466×0.1×23+9.466×0.08×25=40.7KN/m

      北侧桥面系荷载为：17.58×0.1×23+17.58×0.08×25=75.6KN/m

      栏杆线荷载为18KN/m

注：板梁的自重在结构建模时已经输入自重系数，软件会根据构件的体积自动计算板梁的自重，无需手动输入。

然后新增一个“收缩徐变”阶段，该阶段的支座约束与上阶段保持一致，不再安装构件、输入荷载，将周期改为3650天。到此，施工阶段相关内容输入结束。

2.5 运营分析

因为本项目是简支梁，整体升降温不会引起内力，因此整体升降温不考虑；然后在梯度温度中将之前在结构建模阶段定义的升降温输入进来。纵向加载按实际输入：“计算跨径”为两支座的距离13.9m；活载采用城-B车道荷载，活载系数=车道数*车道布载系数*偏载系数=2*1*1.15=2.3。人群荷载不考虑。

2.6 纵向计算结果

2.6.1 正截面承载力

根据桥梁通规第5.1.2条的规定，桥梁构件的承载能力极限状态计算应满足：γ0S≤R，最终正截面承载力计算结果如下：

2.6.2 斜截面承载力

最终斜截面承载力计算结果如下：

2.6.3 裂缝宽度验算

按照桥梁通规第6.4.1条规定，钢筋混凝土构件和B类预应力混凝土构件，在正常使用极限状态下的裂缝宽度计算结果如下：

3 横向计算

本项目横梁采用钢筋混凝土结构，由于南北两侧横梁尺寸不一致，两个端横梁均须进行验算，以北侧18.58m长横梁为例：总体信息由于在一个工程里，不需要再进行编辑；先按照横向模型进行结构建模，然后编辑钢筋，接着进行施工分析和运营分析，整体步骤与纵梁计算一致，但需要注意以下几点：

3.1 施工恒载

常规的纵梁建模恒载包含自重和二期恒载，而横梁的施工恒载需要将纵梁的自重也一起考虑：在横梁建模时，有如下两种手段：

（1）横梁的自重系数取1.04，在纵梁计算结果中提取施工阶段纵梁北侧的支座反力和为2468KN，然后通过计算得出横梁的自重为414.7KN，两者相减求得扣除北侧横梁自重传递到北侧横梁的恒载为2053.3KN，然后将其以均布荷载的形式加载到横梁上方，求得该均布力为110.51KN/m。

（2）横梁的自重系数取0，将纵梁施工阶段北侧的支反力直接除以横梁长度，求得均布力为132.83KN/m。

3.2 运营活载

运营阶段的活载选择横向加载，“横向布置”根据横断面如实输入，注意：横断面布置中的车道数量会影响程序选择多少列车来进行模拟，例如：车道数量填3，程序会自动用1列车去模拟影响线，再用2列车、3列车去模拟，最后选取最不利工况。

“车载”选择横向车辆，此时的车辆并非是通规表4.3.1的车辆荷载，而是单位荷载，其实际值须通过“车载系数”来调整，该系数本质上并非是一个系数，而是一个荷载，其值=纵向计算中活载Max对应的Fz÷纵向计算中的活载系数=755.1÷2.3=328.3。

3.3 收缩徐变

在进行横梁计算时，纵梁的收缩徐变需要以荷载的形式加到横梁上，而纵梁计算时由于横梁是放在一起建模的，其收缩徐变不需要再单独计算了，即在横梁的“施工分析”界面不需要再添加收缩徐变阶段了。

3.4 横向计算结果

现浇板梁横向验算内容和纵向一致，在此不一一赘述，最终结果均满足规范要求。

参考资料

[1]  JTG D60-2015《公路桥涵设计通用规范》

[2] JTG 3362-2018《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》