祁 巍，聶擁軍

（深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東深圳 518029）

1 概述

近年來(lái)，隨著城市空間的不斷拓展，大量環(huán)城或繞城快速路采用高架橋的形式上跨市政道路，因此周邊環(huán)境及地面交通組織對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的形式影響較大，橋下既要保證足夠的行車道寬度，又要滿足城市景觀性的要求。為了滿足以上這些要求，常常采用大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁的設(shè)計(jì)方案。

蓋梁是橋梁結(jié)構(gòu)中承上啟下的重要構(gòu)件，上部結(jié)構(gòu)的恒載和活載就是通過(guò)它傳遞給墩柱和基礎(chǔ)。確定蓋梁的構(gòu)造形式，首先需滿足支承上部結(jié)構(gòu)與下部?jī)艨粘叨龋€需考慮上部結(jié)構(gòu)形式是連續(xù)梁還是簡(jiǎn)支梁，施工采用預(yù)制吊裝還是搭支架現(xiàn)澆，蓋梁縱橋向位置是中墩還是邊墩，墩梁是否固結(jié)，墩柱橫向高差大小等因素。

東莞市鎮(zhèn)際聯(lián)網(wǎng)路29號(hào)路設(shè)計(jì)速度為80 km/h，雙向6車道，設(shè)計(jì)荷載公-Ⅰ級(jí)。謝常公路跨線橋是29號(hào)路跨越謝常公路和京九鐵路的一座大橋，橋梁寬度：2×13 m，橋梁全長(zhǎng)680.56 m，上部結(jié)構(gòu)采用4×30 m+3×35 m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)，全橋共6聯(lián)。

5#橋墩位于全橋第二聯(lián)，A匝道和B匝道分別從左右兩側(cè)下穿，跨線橋橋墩用地受限(見(jiàn)圖1)。因此，蓋梁采用雙墩柱大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁，上接8片預(yù)制吊裝小箱梁，下接矩形墩、承臺(tái)和鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

2 大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁設(shè)計(jì)

2.1 蓋梁構(gòu)造尺寸

圖15 #橋墩橫斷面圖

上部結(jié)構(gòu)橫斷面確定后，蓋梁擋塊與箱梁腹板之間考慮5 cm間隙，確定蓋梁總長(zhǎng)為24.6 m?？紤]兩側(cè)橋底地面車輛通行凈空、凈寬，高架橋路線單向橫坡，采用大懸臂蓋梁方案，墩頂負(fù)彎矩控制設(shè)計(jì)方案，通過(guò)初步試算確定蓋梁中心（墩頂處）高度為2.2 m，端部（懸臂處）高1.2 m，兩墩柱中心間距為7.3 m，兩側(cè)各懸臂7.1 m，蓋梁中心到端部采用直線過(guò)渡。上述蓋梁尺寸滿足橋下凈空、凈寬要求，墩頂滿足負(fù)彎矩受力要求，端部尺寸滿足抗剪、抗彎要求。綜合結(jié)構(gòu)受力、施工、鋼筋布置構(gòu)造等要求，考慮到城市景觀效果，蓋梁順橋向?qū)挒?.4 m。

預(yù)應(yīng)力蓋梁一般構(gòu)造尺寸如圖2所示。

2.2 預(yù)應(yīng)力鋼束布置

預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁采用A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，混凝土等級(jí)為C50。蓋梁共布置19根預(yù)應(yīng)力鋼束，采用φs15.24低松弛高強(qiáng)鋼絞線，錨下張拉控制應(yīng)力為1339.2 MPa，兩端張拉。

2.3 預(yù)應(yīng)力蓋梁施工工序

預(yù)應(yīng)力蓋梁施工步驟如下：

（1）搭設(shè)支架、立模澆注蓋梁C50混凝土。

（2）待混凝土強(qiáng)度達(dá)95%且齡期不小于7 d，對(duì)稱張拉N2、N3、N5鋼束，預(yù)應(yīng)力管道壓漿。

圖2 預(yù)應(yīng)力蓋梁斷面圖

（3）待壓漿強(qiáng)度達(dá)100%，折除蓋梁模板和腳手架。架設(shè)前后跨小箱梁，小箱梁需從墩柱中心向兩側(cè)對(duì)稱吊裝。

（4）待蓋梁兩側(cè)小箱梁吊裝完畢，對(duì)稱張拉N1、N4鋼束，壓漿并封錨。

（5）待壓漿強(qiáng)度達(dá)100%，澆注接縫，施工現(xiàn)澆層、橋面鋪裝及防撞護(hù)欄等。

（6）成橋、運(yùn)營(yíng)。

表1為預(yù)應(yīng)力蓋梁鋼束技術(shù)參數(shù)表，圖3為預(yù)應(yīng)力蓋梁鋼束布置圖。

表1 預(yù)應(yīng)力蓋梁鋼束技術(shù)參數(shù)表

圖3 預(yù)應(yīng)力蓋梁鋼束布置圖

3 結(jié)構(gòu)建模及計(jì)算參數(shù)取值

根據(jù)蓋梁的幾何尺寸及其以彎矩、剪力、軸力（預(yù)應(yīng)力引起）為主的受力特點(diǎn)，采用MIDAS軟件梁?jiǎn)卧＿M(jìn)行計(jì)算分析（見(jiàn)圖4、圖5）。

圖4 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型（一）

圖5 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型（二）

（1）由于墩柱底接承臺(tái)，承臺(tái)下群樁基礎(chǔ)，故模型按實(shí)際墩柱高度建模，墩底固結(jié)。

（2）由于蓋梁處上部結(jié)構(gòu)為端橫梁，故橋面單元高度按端橫梁實(shí)際高度取值，彈性模型按C50取值，重力取0。

（3）橫橋向橋面單元按實(shí)際車行道寬度建模，橋面單位與蓋梁?jiǎn)卧g采用彈性連接模擬板式橡膠支座，豎向剛度取1e7kN×m，橫向和縱向剛度取100kN×m。

（4）小箱梁自重、二期恒載等根據(jù)施工順序，按實(shí)際位置施加。

（5）溫度荷載考慮整體升降溫，不考慮溫度梯度的影響。

（6）采用MIDAS橫向移動(dòng)荷載進(jìn)行橫向加載計(jì)算。橫向車輪荷載=沖擊系數(shù)×[（左側(cè)橋孔長(zhǎng)度×均布荷載+右側(cè)橋孔長(zhǎng)度×均布荷載）/2+集中荷載（以左、右側(cè)較大跨徑計(jì)）×1.2（剪力效應(yīng)，算承載力時(shí)考慮，算裂縫時(shí)不考慮）]。

4 計(jì)算結(jié)果分析

4.1 正截面抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算（見(jiàn)圖6）

圖6 正截面抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算圖示

4.2 斜截面抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算（見(jiàn)圖7）

圖7 斜截面抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算圖示

4.3 施工階段混凝土應(yīng)力（見(jiàn)表2）

表2 施工階段混凝土應(yīng)力一覽表（單位：MP a，拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)）

按照新《公橋規(guī)》第7.2.8條規(guī)定，在預(yù)應(yīng)力和構(gòu)件自重等施工荷載作用下截面邊緣混凝土的法向應(yīng)力應(yīng)符合下列規(guī)定：壓應(yīng)力σcct≤0.70 fck’，拉應(yīng)力σctt≤0.70 ftk’。該橋施工時(shí)混凝土強(qiáng)度已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度95%，故壓應(yīng)力允許值0.70 fck’=0.70×0.95×32.4=-20.55（MPa），拉應(yīng)力允許值0.70 ftk’=0.70×0.95×2.65=1.76（MPa）。由表3可見(jiàn)，施工階段混凝土應(yīng)力滿足要求[3-5]。

4.4 正常使用極限狀態(tài)抗裂驗(yàn)算

4.4.1 短期效應(yīng)組合抗裂驗(yàn)算（見(jiàn)表3）

表3 短期效應(yīng)組合抗裂驗(yàn)算表（單位：MP a，拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)）

由表3可見(jiàn)，該橋在短期效應(yīng)組合下的抗裂驗(yàn)算滿足要求[3-5]。

4.4.2 長(zhǎng)期效應(yīng)組合抗裂驗(yàn)算（見(jiàn)圖8、圖9）

圖8 長(zhǎng)期效應(yīng)組合正應(yīng)力圖（上緣）（單位：MP a，拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)）

圖9 長(zhǎng)期效應(yīng)組合正應(yīng)力圖（下緣）（單位：MP a，拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)）

由圖8、圖9可見(jiàn)，該橋在長(zhǎng)期效應(yīng)組合下截面正應(yīng)力未出現(xiàn)正值，抗裂驗(yàn)算滿足要求[3-5]。

4.5 持久狀況應(yīng)力驗(yàn)算

4.5.1 持久狀況混凝土應(yīng)力驗(yàn)算（見(jiàn)表4）

表4 持久狀況混凝土應(yīng)力驗(yàn)算表（單位：MP a，拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)）

由表4可見(jiàn)，該橋在持久狀況下混凝土的應(yīng)力滿足要求[3-5]。

4.5.2 持久狀況預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力驗(yàn)算（見(jiàn)表5）

表5 持久狀況預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力驗(yàn)算表（單位：MP a，拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)）

由表5可見(jiàn)，該橋在持久狀況下預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力滿足要求。

4.6 正常使用極限狀態(tài)撓度計(jì)算

在荷載短期效應(yīng)組合下最大懸臂端撓度為23.8 mm。

按照新《公橋規(guī)》第6.5.3條規(guī)定，受彎構(gòu)件在使用階段的撓度應(yīng)考慮荷載長(zhǎng)期效應(yīng)的影響。

該橋采用C50混凝土，其撓度長(zhǎng)期增長(zhǎng)系數(shù)ηθ＝1.425，結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的撓度為19.1 cm，則消除結(jié)構(gòu)自重后產(chǎn)生的長(zhǎng)期撓度為1.425×(23.8-19.1)=6.7（mm）＜7100/300=23.7（mm），主梁的最大撓度不應(yīng)超過(guò)計(jì)算跨徑的1/300，滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析論證，預(yù)應(yīng)力蓋梁在極限承載能力、正常使用極限狀態(tài)下，均能滿足規(guī)范及實(shí)際運(yùn)營(yíng)要求。

在設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中，需嚴(yán)格按照計(jì)算模型中的施工步驟，預(yù)應(yīng)力張拉順序、混凝土齡期要求等進(jìn)行，使計(jì)算模擬與實(shí)際施工更貼近一致，從而保證蓋梁建成后的實(shí)際受力及運(yùn)營(yíng)更安全、更耐久。

[1]楊秀珍，王勇.大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].廣東土木與建筑，2010，（1）.

[2]秦志軍，賈旭東，周小年.獨(dú)柱大懸臂蓋梁橋墩設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].山西交通科技,2007，（4）.

[3]JTG D60-2004，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

[4]JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]JTG D63-2007，公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].