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摘要：为研究大跨PC连续刚构桥主梁不同设计参数对结构受力的影响，文章以某98 m+180 m+ 98 m大跨PC连续刚构桥为工程背景，选取了主梁边中跨比、梁底曲线幂次、跨中梁高和支点梁高4个关键设计参数，分别分析了不同设计参数主梁在自重作用下的内力、应力及最大挠度变化情况，得出了主梁不同设计参数对结构受力的影响程度，为大跨PC连续刚构桥主梁在参数选取与截面设计方面提供一定的参考与借鉴。
关键词：连续刚构桥;主梁;设计参数;边中跨比;梁底曲线幂次;跨中梁高;支点梁高
中图分类号：U448. 23文献标识码：A DOI： 10. 13282/j. cnki. wccst.2019. 12. 036
文章编号：1673 - 4874（2019）12 - 0131 - 06
0 引言
大跨PC连续刚构桥凭借其受力合理、行车舒适、施工方便、跨越能力大等优点在我国桥梁建设中得到了广泛的应用[1]。然而由于大跨PC连续刚构桥设计参数众多，受力复杂，在参数选取与截面设计中受设计人员工作经验影响，往往存在一些因参数设计不合理而导致桥梁病害发生的问题[2-4]。
为研究大跨PC连续刚构桥主梁不同设计参数对结构受力的影响，近年来，国内学者对此作了不少研究。文献[5]对主梁自重、混凝土收缩徐变、温度、主梁弹模等进行了不同程度的参数敏感性分析，研究发现主梁自重、混凝土收缩徐变、温度等因素为主梁主要敏感性参数，主梁弹模为次要敏感性参数。文献[6]也做了类似的参数分析。文献[7、8]则以某连续刚构桥为工程背景，分析了梁底曲线变化对主梁受力状态的影响。
本文在以上研究的基础上，以某98 m+ 180 m+ 98 m大跨PC连续刚构桥为工程背景，选取主梁边中跨比、梁底曲线幂次、跨中梁高和支点梁高4个关键设计参数，分别分析不同设计参数主梁在自重作用下的内力、应力及跨中最大挠度的变化情况，为大跨PC连续刚构桥主梁在参数选取与截面设计方面提供一定的参考与借鉴。
1 工程背景简介及原始模型建立
1.1 工程背景简介
本桥为三跨PC连续刚构桥，桥跨布置为98 m+ 180 m+ 98 m，上构主梁为单箱单室箱梁，其支点与跨中横断面如下页图1所示。箱梁底部曲线幂次采用1.7次，采用悬臂现浇施工，主梁采用C55混凝土。下构采用双肢薄壁墩，横桥向壁宽8m，顺桥向壁厚1.8m，双肢中心间距为7.8m，墩身采用C40混凝土，基础均采用桩基础。
1.2 原始模型建立
采用Midas Civil 2019软件建立结构整体有限元模型（如图2所示）。全桥共划分为202个梁单元，其中上构11 2个梁單元，下构90个梁单元。
2 不同边中跨比主梁受力影响分析
经国内外统计表明，大跨PC连续刚构桥主梁边中跨比大部分在0. 55～0. 58之间，故本文分别选取边跨长94 m、98 m、102 m、106 m、110 m五组参数，保持中跨180 m不变，则五组参数的边中跨比分别为0. 522、0.544、0.566、0.588、0.611。根据选取的五组参数，分别建立结构有限元模型，分析不同边中跨比主梁在自重作用下的内力、应力及边跨最大挠度的变化情况。
2.1 自重作用下主梁内力分析
自重作用下不同边中跨比主梁边跨关键截面内力有限元计算结果如表1所示。
分析表1可知：自重作用下主梁边跨支点、L/8、L/4、L/2截面弯矩随边中跨比增大而增大，3L/8截面弯矩随边中跨比增大而减小，边中跨比越大，变化速率越快，离L/4截面越近，变化速率越缓。
自重作用下主梁边跨截面剪力随边中跨比增大而增大，边中跨比越大，变化速率越快，离//4截面越近，变化速率越缓。
2.2 自重作用下主梁应力分析
自重作用下不同边中跨比主梁边跨关键截面上下缘应力有限元计算结果如表2所示。
分析表2可知：自重作用下主梁应力变化与弯矩类似，边跨支点、L/8、L/4、L/2截面上下缘应力随边中跨比增大而增大，3//8截面上下缘应力随边中跨比增大而减小，离L/4截面越近，变化速率越缓。
2.3 自重作用下主梁边跨最大挠度分析
自重作用下不同边中跨比主梁边跨最大挠度有限元计算结果如表3所示。
分析表3可知：自重作用下主梁边跨最大挠度随边中跨比增大而增大，边中跨比越大，变化速率越快。
3 不同梁底曲线幂次主梁受力影响分析
经国内外统计表明，大跨PC连续刚构桥主梁梁底曲线幂次大部分在1.6～2.0O之间，故本文选取梁底曲线幂次1.6、1.7、1.8、1.9、2.0五组参数。根据选取的五组参数，分别建立结构有限元模型，分析不同梁底曲线幂次主梁在自重作用下的内力、应力及跨中最大挠度的变化情况。
3.1 主梁自重变化分析
不同梁底曲线幂次主梁自重计算结果如表4所示。
分析表4可知：主梁自重随梁底曲线幂次增大而减少，但减少百分比不大，变化规律接近线性。若单从混凝土方量考虑，梁底曲线幂次对主梁经济性影响较小。
3.2 自重作用下主梁内力分析
自重作用下不同梁底曲线幂次主梁关键截面内力有限元计算结果如表5所示。
分析表5可知：自重作用下主梁截面内力随梁底曲线幂次增大而减少，梁底曲线幂次越大，变化速率越缓，离支点越近，变化幅度越大，变化速率越快。
3.3 自重作用下主梁应力分析
自重作用下不同梁底曲线幂次主梁关键截面上下缘应力有限元计算结果如表6所示。
分析表6可知：自重作用下主梁支点截面应力随梁底曲线幂次增大而减少，L/8、L/4、3L/8截面应力随梁底曲线幂次增大而增大，L/2截面应力几乎无变化。截面应力变化最大为主梁L/4截面，尤其是下缘应力变化。由此可见，梁底曲线幂次是影响主梁L/4截面应力变化的一个重要因素。 3.4 自重作用下主梁跨中最大挠度分析
自重作用下不同梁底曲线幂次主梁跨中最大挠度有限元计算结果如表7所示。中梁高与中跨之比大部分在1/50～1/60之间，故本文选取跨中梁高3.00 m、3.25 m、3.50 m、3.75 m、4. 00 m五组参数，保持中跨180 m不变，则五组参数与中跨之比分别为1/60.0、1/55. 4、1/51.4、1/48.0、1/45.0。根据选取的五组参数，分别建立结构有限元模型，分析不同跨中梁高主梁在自重作用下的内力、应力及跨中最大挠度的变化情况。
4.1 主梁自重变化分析
不同跨中梁高主梁自重计算结果如表8所示。
分析表7可知：自重作用下主梁跨中最大挠度随梁底曲线幂次增大而增大，变化规律接近线性。
4不同跨中梁高主梁受力分析
经国内外统计表明，大跨PC连续刚构桥主梁跨
分析表8可知：主梁自重随跨中梁高增大而增大，但增大百分比有限，变化规律接近线性。同样，若单从混凝土方量考虑，跨中梁高对主梁经济性影响较小。
4.2 自重作用下主梁内力分析
自重作用下不同跨中梁高主梁关键截面内力有限元计算结果如表9所示。
分析表9可知：自重作用下主梁截面内力随跨中梁高增大而增大，离支点越近，变化幅度越大，变化规律接近线性。
4.3 自重作用下主梁应力分析
自重作用下不同跨中梁高主梁关键截面上下缘应力有限元计算结果如表10所示。
分析表10可知：自重作用下主梁支点截面应力随跨中梁高增大而增大，应力变化较明显，L/8、//4、3L/8、L/2截面应力随梁高增大而减少，L/4及3L/8截面应力变化最明显。由此可见，跨中梁高是影响主梁L/4及3L/8截面应力变化的一个重要因素。
4.4 自重作用下主梁跨中最大挠度分析
自重作用下不同跨中梁高主梁跨中最大挠度有限元计算结果如表11所示。
分析表11可知：自重作用下主梁跨中最大挠度随跨中梁高增大而减少，变化甚微。
5 不同支点梁高主梁受力分析
经国内外统计表明，大跨PC连续刚构桥主梁支点梁高与中跨之比大部分在1/17～1/20之间，故本文选取支点梁高9.00 m、9.50 m、10.00 m、10. 50 m、11.00 m五组参数，保持中跨180 m不变，则五组参数与中跨之比分别为1/20.0、1/18.9、1/18.O、1/17.1、1/16.3。根据选取的五组参数，分别建立结构有限元模型，分析不同支点梁高主梁在自重作用下的内力、应力及跨中最大挠度的变化情况。
5.1 主梁自重变化分析
不同支点梁高主梁自重计算结果如表12所示。
分析表12可知：主梁自重随支点梁高增大而增大，但增大百分比有限，变化规律接近线性。同样，若单从混凝土方量考虑，支点梁高对主梁经济性影响较小。
5.2 自重作用下主梁内力分析
自重作用下不同支点梁高主梁关键截面内力有限元计算结果如表13所示。
分析表13可知：自重作用下主梁截面内力随支点梁高增大而增大，离支点越近，变化幅度越大，变化规律接近线性。
5.3 自重作用下主梁应力分析
自重作用下不同支点梁高主梁关键截面上下缘应力有限元计算结果如表14所示。
分析表14可知：自重作用下主梁截面应力随支点梁高增大而减少，支点梁高越大，变化速率越缓，离支点越近，变化幅度越大，变化速率越快，支点及L/8截面应力变化最明显。由此可见，支点梁高是影响主梁支点及L/8截面应力变化的一个重要因素。
5.4 自重作用下主梁跨中最大挠度分析
自重作用下不同支点梁高主梁跨中最大挠度有限元计算结果如表15所示。
分析表15可知：自重作用下主梁跨中最大挠度随支点梁高增大而减少，支点梁高越大，变化速率越缓。
6 结语
大跨PC连续刚构桥不同设计参数对结构受力影响有所不同。主梁自重作用下，边中跨比对主梁边跨L/4截面受力影响最小，离L/4截面越远，受力影响越大;梁底曲线幂次对主梁L/4截面受力影响最大，对跨中截面影响最小;跨中梁高对主梁L/4及3L/8截面受力影响较大，对L/8截面影响最小;支点梁高则对主梁支点及L/8截面受力影响较大，对跨中截面影响最小。此外，梁底曲线幂次、跨中梁高、边中跨比对主梁自重作用下最大挠度影响有限，支点梁高对主梁最大挠度影响较大。
因此，在大跨PC连续刚构桥主梁设计中，若因截面设计不合理而导致主梁验算难以满足规范要求[9-10]（或所计算储备值偏小）时，根据不合理截面位置，应有针对性地调整主梁对应设计参数，修改设计截面，能快速将主梁调整到合理的受力状态。该思路已在实桥设计中得以应用，应用效果良好。
参考文献
[1]姚玲森.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，2008.
[2]常兴科.大跨径连续刚构桥不合理边中跨比的调整[J].公路，2009（10）：26 - 29.
[3]劉庆志.PC连续刚构桥箱梁下缘曲线选取研究[J].山西建筑，2008（15）：11-13.
[4]白蓉蓉.大跨度预应力混凝土连续刚构桥设计参数研究[D].西安：长安大学，2011.
[5]刘龙，吕吴文，刘钊.大跨度连续刚构桥参数敏感性分析[J].内蒙古公路与运输，2018（5）：54 - 58.
[6]刘雪锋，文武.某大跨度连续刚构桥参数影响分析[J].公路与汽运，2012（4）：195 -198.
[7]付雷，沈兆坤，周旭.小跨径连续刚构桥梁底曲线研究[J].公路交通科技应用技术版，2015（7）：125-127.
[8]张才平，金东，童晓鹏.大跨混凝土连续刚构梁底曲线合理形式研究[J].交通科技，201 0，238（1）：24 - 26.
[9]JTG D60-2015，公路桥涵设计通用规范[S]。
[10]JTG 3362 - 2018，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].
作者简介：张维军（1987-），工程师，主要从事公路工程施工和管理工作。
关键词：连续刚构桥;主梁;设计参数;边中跨比;梁底曲线幂次;跨中梁高;支点梁高
中图分类号：U448. 23文献标识码：A DOI： 10. 13282/j. cnki. wccst.2019. 12. 036
文章编号：1673 - 4874（2019）12 - 0131 - 06
0 引言
大跨PC连续刚构桥凭借其受力合理、行车舒适、施工方便、跨越能力大等优点在我国桥梁建设中得到了广泛的应用[1]。然而由于大跨PC连续刚构桥设计参数众多，受力复杂，在参数选取与截面设计中受设计人员工作经验影响，往往存在一些因参数设计不合理而导致桥梁病害发生的问题[2-4]。
为研究大跨PC连续刚构桥主梁不同设计参数对结构受力的影响，近年来，国内学者对此作了不少研究。文献[5]对主梁自重、混凝土收缩徐变、温度、主梁弹模等进行了不同程度的参数敏感性分析，研究发现主梁自重、混凝土收缩徐变、温度等因素为主梁主要敏感性参数，主梁弹模为次要敏感性参数。文献[6]也做了类似的参数分析。文献[7、8]则以某连续刚构桥为工程背景，分析了梁底曲线变化对主梁受力状态的影响。
本文在以上研究的基础上，以某98 m+ 180 m+ 98 m大跨PC连续刚构桥为工程背景，选取主梁边中跨比、梁底曲线幂次、跨中梁高和支点梁高4个关键设计参数，分别分析不同设计参数主梁在自重作用下的内力、应力及跨中最大挠度的变化情况，为大跨PC连续刚构桥主梁在参数选取与截面设计方面提供一定的参考与借鉴。
1 工程背景简介及原始模型建立
1.1 工程背景简介
本桥为三跨PC连续刚构桥，桥跨布置为98 m+ 180 m+ 98 m，上构主梁为单箱单室箱梁，其支点与跨中横断面如下页图1所示。箱梁底部曲线幂次采用1.7次，采用悬臂现浇施工，主梁采用C55混凝土。下构采用双肢薄壁墩，横桥向壁宽8m，顺桥向壁厚1.8m，双肢中心间距为7.8m，墩身采用C40混凝土，基础均采用桩基础。
1.2 原始模型建立
采用Midas Civil 2019软件建立结构整体有限元模型（如图2所示）。全桥共划分为202个梁单元，其中上构11 2个梁單元，下构90个梁单元。
2 不同边中跨比主梁受力影响分析
经国内外统计表明，大跨PC连续刚构桥主梁边中跨比大部分在0. 55～0. 58之间，故本文分别选取边跨长94 m、98 m、102 m、106 m、110 m五组参数，保持中跨180 m不变，则五组参数的边中跨比分别为0. 522、0.544、0.566、0.588、0.611。根据选取的五组参数，分别建立结构有限元模型，分析不同边中跨比主梁在自重作用下的内力、应力及边跨最大挠度的变化情况。
2.1 自重作用下主梁内力分析
自重作用下不同边中跨比主梁边跨关键截面内力有限元计算结果如表1所示。
分析表1可知：自重作用下主梁边跨支点、L/8、L/4、L/2截面弯矩随边中跨比增大而增大，3L/8截面弯矩随边中跨比增大而减小，边中跨比越大，变化速率越快，离L/4截面越近，变化速率越缓。
自重作用下主梁边跨截面剪力随边中跨比增大而增大，边中跨比越大，变化速率越快，离//4截面越近，变化速率越缓。
2.2 自重作用下主梁应力分析
自重作用下不同边中跨比主梁边跨关键截面上下缘应力有限元计算结果如表2所示。
分析表2可知：自重作用下主梁应力变化与弯矩类似，边跨支点、L/8、L/4、L/2截面上下缘应力随边中跨比增大而增大，3//8截面上下缘应力随边中跨比增大而减小，离L/4截面越近，变化速率越缓。
2.3 自重作用下主梁边跨最大挠度分析
自重作用下不同边中跨比主梁边跨最大挠度有限元计算结果如表3所示。
分析表3可知：自重作用下主梁边跨最大挠度随边中跨比增大而增大，边中跨比越大，变化速率越快。
3 不同梁底曲线幂次主梁受力影响分析
经国内外统计表明，大跨PC连续刚构桥主梁梁底曲线幂次大部分在1.6～2.0O之间，故本文选取梁底曲线幂次1.6、1.7、1.8、1.9、2.0五组参数。根据选取的五组参数，分别建立结构有限元模型，分析不同梁底曲线幂次主梁在自重作用下的内力、应力及跨中最大挠度的变化情况。
3.1 主梁自重变化分析
不同梁底曲线幂次主梁自重计算结果如表4所示。
分析表4可知：主梁自重随梁底曲线幂次增大而减少，但减少百分比不大，变化规律接近线性。若单从混凝土方量考虑，梁底曲线幂次对主梁经济性影响较小。
3.2 自重作用下主梁内力分析
自重作用下不同梁底曲线幂次主梁关键截面内力有限元计算结果如表5所示。
分析表5可知：自重作用下主梁截面内力随梁底曲线幂次增大而减少，梁底曲线幂次越大，变化速率越缓，离支点越近，变化幅度越大，变化速率越快。
3.3 自重作用下主梁应力分析
自重作用下不同梁底曲线幂次主梁关键截面上下缘应力有限元计算结果如表6所示。
分析表6可知：自重作用下主梁支点截面应力随梁底曲线幂次增大而减少，L/8、L/4、3L/8截面应力随梁底曲线幂次增大而增大，L/2截面应力几乎无变化。截面应力变化最大为主梁L/4截面，尤其是下缘应力变化。由此可见，梁底曲线幂次是影响主梁L/4截面应力变化的一个重要因素。 3.4 自重作用下主梁跨中最大挠度分析
自重作用下不同梁底曲线幂次主梁跨中最大挠度有限元计算结果如表7所示。中梁高与中跨之比大部分在1/50～1/60之间，故本文选取跨中梁高3.00 m、3.25 m、3.50 m、3.75 m、4. 00 m五组参数，保持中跨180 m不变，则五组参数与中跨之比分别为1/60.0、1/55. 4、1/51.4、1/48.0、1/45.0。根据选取的五组参数，分别建立结构有限元模型，分析不同跨中梁高主梁在自重作用下的内力、应力及跨中最大挠度的变化情况。
4.1 主梁自重变化分析
不同跨中梁高主梁自重计算结果如表8所示。
分析表7可知：自重作用下主梁跨中最大挠度随梁底曲线幂次增大而增大，变化规律接近线性。
4不同跨中梁高主梁受力分析
经国内外统计表明，大跨PC连续刚构桥主梁跨
分析表8可知：主梁自重随跨中梁高增大而增大，但增大百分比有限，变化规律接近线性。同样，若单从混凝土方量考虑，跨中梁高对主梁经济性影响较小。
4.2 自重作用下主梁内力分析
自重作用下不同跨中梁高主梁关键截面内力有限元计算结果如表9所示。
分析表9可知：自重作用下主梁截面内力随跨中梁高增大而增大，离支点越近，变化幅度越大，变化规律接近线性。
4.3 自重作用下主梁应力分析
自重作用下不同跨中梁高主梁关键截面上下缘应力有限元计算结果如表10所示。
分析表10可知：自重作用下主梁支点截面应力随跨中梁高增大而增大，应力变化较明显，L/8、//4、3L/8、L/2截面应力随梁高增大而减少，L/4及3L/8截面应力变化最明显。由此可见，跨中梁高是影响主梁L/4及3L/8截面应力变化的一个重要因素。
4.4 自重作用下主梁跨中最大挠度分析
自重作用下不同跨中梁高主梁跨中最大挠度有限元计算结果如表11所示。
分析表11可知：自重作用下主梁跨中最大挠度随跨中梁高增大而减少，变化甚微。
5 不同支点梁高主梁受力分析
经国内外统计表明，大跨PC连续刚构桥主梁支点梁高与中跨之比大部分在1/17～1/20之间，故本文选取支点梁高9.00 m、9.50 m、10.00 m、10. 50 m、11.00 m五组参数，保持中跨180 m不变，则五组参数与中跨之比分别为1/20.0、1/18.9、1/18.O、1/17.1、1/16.3。根据选取的五组参数，分别建立结构有限元模型，分析不同支点梁高主梁在自重作用下的内力、应力及跨中最大挠度的变化情况。
5.1 主梁自重变化分析
不同支点梁高主梁自重计算结果如表12所示。
分析表12可知：主梁自重随支点梁高增大而增大，但增大百分比有限，变化规律接近线性。同样，若单从混凝土方量考虑，支点梁高对主梁经济性影响较小。
5.2 自重作用下主梁内力分析
自重作用下不同支点梁高主梁关键截面内力有限元计算结果如表13所示。
分析表13可知：自重作用下主梁截面内力随支点梁高增大而增大，离支点越近，变化幅度越大，变化规律接近线性。
5.3 自重作用下主梁应力分析
自重作用下不同支点梁高主梁关键截面上下缘应力有限元计算结果如表14所示。
分析表14可知：自重作用下主梁截面应力随支点梁高增大而减少，支点梁高越大，变化速率越缓，离支点越近，变化幅度越大，变化速率越快，支点及L/8截面应力变化最明显。由此可见，支点梁高是影响主梁支点及L/8截面应力变化的一个重要因素。
5.4 自重作用下主梁跨中最大挠度分析
自重作用下不同支点梁高主梁跨中最大挠度有限元计算结果如表15所示。
分析表15可知：自重作用下主梁跨中最大挠度随支点梁高增大而减少，支点梁高越大，变化速率越缓。
6 结语
大跨PC连续刚构桥不同设计参数对结构受力影响有所不同。主梁自重作用下，边中跨比对主梁边跨L/4截面受力影响最小，离L/4截面越远，受力影响越大;梁底曲线幂次对主梁L/4截面受力影响最大，对跨中截面影响最小;跨中梁高对主梁L/4及3L/8截面受力影响较大，对L/8截面影响最小;支点梁高则对主梁支点及L/8截面受力影响较大，对跨中截面影响最小。此外，梁底曲线幂次、跨中梁高、边中跨比对主梁自重作用下最大挠度影响有限，支点梁高对主梁最大挠度影响较大。
因此，在大跨PC连续刚构桥主梁设计中，若因截面设计不合理而导致主梁验算难以满足规范要求[9-10]（或所计算储备值偏小）时，根据不合理截面位置，应有针对性地调整主梁对应设计参数，修改设计截面，能快速将主梁调整到合理的受力状态。该思路已在实桥设计中得以应用，应用效果良好。
参考文献
[1]姚玲森.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，2008.
[2]常兴科.大跨径连续刚构桥不合理边中跨比的调整[J].公路，2009（10）：26 - 29.
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[4]白蓉蓉.大跨度预应力混凝土连续刚构桥设计参数研究[D].西安：长安大学，2011.
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[6]刘雪锋，文武.某大跨度连续刚构桥参数影响分析[J].公路与汽运，2012（4）：195 -198.
[7]付雷，沈兆坤，周旭.小跨径连续刚构桥梁底曲线研究[J].公路交通科技应用技术版，2015（7）：125-127.
[8]张才平，金东，童晓鹏.大跨混凝土连续刚构梁底曲线合理形式研究[J].交通科技，201 0，238（1）：24 - 26.
[9]JTG D60-2015，公路桥涵设计通用规范[S]。
[10]JTG 3362 - 2018，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].
作者简介：张维军（1987-），工程师，主要从事公路工程施工和管理工作。