维普资讯 http://www.cqvip.com 第２８卷第６期 人民黄河 Ｖ０Ｉ＿２８．Ｎｏ．６ ２００６年６月 ＹＥＵ Ｗ ＲⅣＥＲ Ｊｕｎ．。２００６ 【水利水电工程】 中小跨径桥梁预应力桥面空心板优化设计 张天航，李清富 （郑州大学环境与水利工程学院，河南郑州４５０００２） 摘要：针对目前中小跨径桥梁广泛采用的预应力桥面空心板截面形式的不足，提出了一种新型的双拱门截面形式，采 用有限元方法对比计算，该截面与传统的圆孔和大孔空心板截面形式相比自重轻、恒载小，造价更低，受力更合理，值得 推广使用。 关键词：预应力桥面空心板；截面形式；优化设计 中图分类号：Ｕ４４３．３１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—１３７９（２００６）０６￣００５５－０１ 近年来，在黄河上建造的桥梁数量越来越多，主桥改变了 以往以简支或连续为主的结构形式，出现了斜拉、悬索等大跨 ２截面受力性能分析 径桥梁结构。在特大型桥梁的建设中，往往对主桥关注较多， 对引桥关注较少，而引桥一般占桥梁总长的５０％以上，是影响 ２．１计算模型的建立 工程总投资的重要因素。已建成的黄河大桥引桥中，较多地采 为比较上述三种空心板截面的横向受力性能，采用ＳＡＰ９３ 用预应力混凝土空心板，其具有预制施工简单、易实现标准化 通用有限元分析软件，在汽车一超２０级、挂一１２０重车车轮荷 和工厂化、造价低、施工吊装方便等优点。但多年来圆孔形空 载作用下，对简支空心板进行三维有限元线弹性分析。其中， 心板的截面形式设有改进，随着使用年限的增长逐渐暴露了一 计算跨径１５．５０ ｉｎ，板长１５．９６ ｉｎ，桥面净宽１８ ｎｌ。双拱门式空 些安全问题，对其进行优化设计无论在桥梁安全性和经济性方 心板的横向有限元网格划分见图１。顶部作用一个７０ ｋＮ的重 面都有着重要的现实意义。 车车轮，按均布荷载计算，作用面积为３０ ｃｎｌ×２０ ｃｌｎ。 １截面形式优化设计 １．１现有空心板截面形式 ， 常见的空心板截面形式为大孔板，小菱形企口，具有挖空 率大、重量轻等优点，但芯模制作复杂，且顶板必须配置横向受 力钢筋以承受车轮荷载，顶板底面开裂现象较严重，在工程中已 很少采用。另一种常用的截面形式为圆孔板或椭圆板，葫芦形企 图１双拱门式空心板有限元网格划分 口，具有芯模制作简单、能适应不同板厚的空心板等优点，目前在 ２．２计算结果分析 工程中应用较多，但该板挖空率小、自重较大、经济效益低。 在重车车轮荷载作用截面处，以上三种截面形式的空心板 １．２新型空心板截面形式及属性 横向应力等值线分别见图２、图３和图４。由图２和图３可以看 针对公路桥梁工程中预应力混凝土桥面空心板常见的几 出，双拱门式空心板和圆孔空心板的横向应力差别很小，无需 种开孔形式的优缺点，笔者提出了一种新型双拱门式空心板。 横向受力筋，但双拱门式空心板的挖空率高、自重轻、恒载小， 为比较双拱门式空心板与常见空心板的截面属性，选取了板长 有利于节省纵向钢筋。由图２和图４可以看出，虽然大孔空心 １６ ｎｌ、宽１．２ ｎｌ、厚０．６５ ｉｎ相同跨径、宽度和厚度的预应力混凝 板的挖空率比双拱门式空心板高一些，自重也较轻，但其横向 土双拱门式空心板、圆孔空心板、大孔空心板进行比较，三种空 应力与双拱门式空心板相比大很多，因此大孔空心板横向必须 心板的截面属性见表１。 有受力钢筋。另外，大孔空心板顶板底面在车轮荷载作用下容 表１桥面空心板截面属性 易产生纵向裂缝。 （下转第６４页） 收稿日期：２００５～１２－３０ 基金项目：河南省科技攻关项目（９９１ １５０１２６）。 作者简介：张天航（１９７０一），男（白族），云南大理人，讲师，主 要从事道路桥梁结构方面的研究。 维普资讯 http://www.cqvip.com ・６４・ 人民黄河 ２００６年 高程，实施北洛河改道直接入美。中、远期利用引汉济渭、南水 程，形成合理的配水工程体系；在水资源利用难度较大的地区 兴建集雨节灌工程和城乡供水工程，鳃决城乡人畜生活用水， 发展早作农业；建立和完善水鳋、水质统一监测网络，初步形成 溜河水资源合理配置、高效利用和有效的保护体系。 北调西线、引嘉济汉等调水工程增加水量，利用黄河干流古贤、 碛口等控制性水利枢纽调水调沙，降低潼关高程。完善水文测 报、洪水调度等非工程措施。通过以上措施，初步形成渭河流 域防洪减淤体系。 ３．３水土保持生态建设 水土保持生态建设的基本思路是：防治结合，保护优先，突 出蓐点，强化治理。按照人口、资源、环境协调发展的原则，首 ３．２水资源配置与保护 水资源开发利用和保护的基本思路是：节水优先，治污为 本，合理配置，适度开源，加强管理。建设节水防污型社会，大 力发展节水农业，强化生活和工业节水。立足本流域水资源的 高效利用，围绕节水治污进行经济结构的调整和节水技术改 造，严格高耗水、污染项目，加大污染源治理力度，逐步实 先对已有治理措施和植被条件较好、水士流失轻微的地区进行 生态保护；人为水土流失严重地区，要加大水土保持监督执法 力度，加强对开发建设项目的水土保持监督管理；在水土流失 区，以减少入渭泥沙、改善生态环境和改善当地群众生产、生活 条件为目标，以多沙粗沙区治理为重点，强化以淤地坝建设为 主体的水土流失综合防治体系。 现污水资源化。合理配置水资源，控制地表水的开发利用；限 制地下水超采，实现地下水的区域采补平衡。充分利用雨水资 源，提高旱作农业生产水平；兴建和完善水源配置工程，合理安 排生活、生产和生态环境用水。按照“先节水后调水、先治污后 水土保持生态建设的总体布局是：在预防保护区，依法保 护现有森林植被，巩固和扩大已有水 ：流失治理成果；在监督 通水、先环保后用水”的原则，抓紧做好从外流域向渭河流域调 水的前期工作，尽早开工建设。严格控制入河排污总量，加强 流域水资源的宏观，完善地表水和地下水的水量、水质监 测网络，对省界断面水量、水质进行监测和监督。 水资源开发利用和保护的总体布局是：以大中型灌区和大 中城市为重点，全面推行节约用水；加强工业污染源治理和“十 五小”企业关停的环保督察工作，在沿河城市建设一批生活污 区，完善规章制度，建立健全以水上保：晦执法机构为主体的执 法体系，加强开发建设项目的管理，严格实行水 保持“三同 时”制度，有效遏制人为水土流失；在水土流失治理区，以多沙 粗沙区为重点，加强沟道坝系建设，促进种植结构调整和退耕 还林还草，严格执行封山育林（草）、封坡禁牧，提高生态自我修 复能力。同时，建设水土保持监测网络，为水土流失预报、水土 保持公告和科学决策提供依据。 水集中处理厂，加快污水资源化工程建设，结合农业节水和水 土保持控制面源污染；建设引红（红岩河）济石（石头河）、引乾 【责任编辑王琦】 （乾佑河）济石（石砭峪水库）和引汉（汉江）济渭（渭河）调水工 （上接第５５页） 图２双拱门式板横向应力等值线 ～图４大孔板横向应力等值线 ２０Ａ７７ＭＰａ ３结语 双拱门式空心板与圆孔空心板相比挖空率高、自重轻、恒 载小，有利于节省纵向钢筋，且同样无需横向受力筋，预制施工 简单，造价更低，受力更合理，是一种更好的空心板截面形式。 将其广泛应用于中小跨径桥梁中，对降低工程建设投资有着重 要的现实意义。 【责任编辑张华岩】 圈３圆孔板横向应力等值线
