羅鵬

中國(guó)華西工程設(shè)計(jì)建設(shè)有限公司深圳分公司 518000

摘要：以大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁為分析對(duì)象，籠統(tǒng)的介紹了公路橋梁大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁的設(shè)計(jì)背景、蓋梁基本知識(shí)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、施工工作中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：大懸臂預(yù)應(yīng)力；混凝土；蓋梁設(shè)計(jì)；計(jì)算分析

1.設(shè)計(jì)背景

在城市橋梁建設(shè)中，周圍環(huán)境對(duì)橋梁上下部分結(jié)構(gòu)的選型影響較大，要使橋梁結(jié)構(gòu)與周圍環(huán)境在空間上相協(xié)調(diào)滿足城市景觀的要求，橋下也要有足夠的行車道寬度。城市的交通工程難以在短時(shí)期內(nèi)竣工，這就對(duì)城市的交通起了一定阻礙作用。然而城市的不可間斷性也制約著工期，因而城市的上部結(jié)構(gòu)一般采用預(yù)制拼裝，下部結(jié)構(gòu)要保證橋下有足夠行車寬度和視野通透，使得車輛在道路中安全行駛。

2.蓋梁設(shè)計(jì)概況

對(duì)某高架橋雙墩柱大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁進(jìn)行了分析，從大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁的受力模式和計(jì)算方法等方面進(jìn)行了論述，分析了計(jì)算結(jié)果，可作為該類型蓋梁設(shè)計(jì)的參考。

2.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）設(shè)計(jì)速度；

（2）設(shè)計(jì)荷載；

（3）橋梁寬度；

（4）地震烈度。

2.2 蓋梁尺寸

蓋梁尺寸對(duì)整個(gè)蓋梁設(shè)計(jì)有重要的作用，它是設(shè)計(jì)和施工的基礎(chǔ)。上部構(gòu)造預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，下部結(jié)構(gòu)受市政路干擾較大，采用了雙墩柱 大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁。蓋梁截面采用倒T型形式，，T形結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)可分為蓋梁長(zhǎng)度、兩側(cè)各懸臂、兩墩柱中心間距、順橋向頂寬度，兩側(cè)墊石平臺(tái)寬度根部高度端部長(zhǎng)度值。蓋梁由根部到端部采用圓弧形過(guò)渡。在弧形處最好設(shè)置上監(jiān)控?cái)z像頭和路面提供限速標(biāo)志，防止司機(jī)的車速太快出現(xiàn)交通事故。

2.3 蓋梁預(yù)應(yīng)力鋼束

預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁混凝土結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力鋼束采用的絞線，預(yù)應(yīng)力鋼束布置都要符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)有關(guān)參數(shù)如下：

（1）預(yù)應(yīng)力管道采用塑料波紋管；

（2）管道摩擦系數(shù)；

（3）管道偏差系數(shù)；

（4）鋼筋回縮和錨具系數(shù)；

（5）張拉控制應(yīng)力。

2.4 蓋梁施工步驟

（1）立模澆筑蓋梁混凝土，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%時(shí)張拉鋼束達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值；

（2）由中間向兩端對(duì)稱架設(shè)預(yù)制箱梁；

（3）架梁結(jié)束后張拉鋼束；

（4）二期恒載施工。

3.預(yù)應(yīng)力體系

蓋梁采用高強(qiáng)度混凝土，預(yù)應(yīng)力鋼束采用高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，抗拉強(qiáng)度超高，彈性模量超大。采用塑料波紋管，預(yù)應(yīng)力灌漿采用真空灌漿工藝，提高了負(fù)荷量。每個(gè)蓋梁的設(shè)計(jì)需要與施工實(shí)際工序結(jié)合，從施工的角度看，預(yù)應(yīng)力拉張批次越少越有利，普遍情況下次數(shù)不要超過(guò)兩次，拉張鋼束的批次對(duì)施工階段的蓋梁受力影響很大，需要謹(jǐn)慎設(shè)計(jì)張拉批次?？紤]到在預(yù)應(yīng)力和結(jié)構(gòu)件自重等施工荷載作用下，載面邊緣混凝土的法向應(yīng)力要滿足公橋規(guī)的規(guī)范要求。

4.結(jié)構(gòu)建模分析

蓋梁的受力采用橋梁博士V3.1軟件進(jìn)行建模計(jì)算分析，橋墩立柱一般采用實(shí)體墻式墩和常規(guī)橋墩形式，但是如果在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用實(shí)體墻式墩，建模不恰當(dāng)會(huì)降低計(jì)算的準(zhǔn)確性，與實(shí)際情況有一定的偏差，所以在施工過(guò)程中有3中建模方式。

（1）因模型采用平面桿系，不能真實(shí)的反映出橋墩橫向?qū)挾葍?nèi)部和蓋梁之間銜接的情況，這樣設(shè)計(jì)不僅增加了蓋梁懸臂長(zhǎng)度，耗費(fèi)了材料，投入了大筆資金，最重要的是對(duì)計(jì)算引起一定的偏差，因而采用將蓋梁和立柱一起建模模型，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。蓋梁采用橋梁博士進(jìn)行有限元分析。由于樁基采用嵌巖樁，樁底嵌入粗?；◢弾r微風(fēng)化 帶，地質(zhì)條件較好，因此按剛性地基假定，將橋墩底端考慮為固結(jié)。

（2）建立蓋梁模型，將蓋梁與橋墩中心連接處假想為固定銜接，在立柱橫向?qū)挾葍?nèi)將節(jié)點(diǎn)假設(shè)為活動(dòng)銜接。這種模型的建立能較接近實(shí)際情況，并且在處理數(shù)據(jù)時(shí)簡(jiǎn)捷快速，方便的計(jì)算結(jié)果。

（3）在建立蓋梁模型中如果刪去蓋梁在橋墩橫向范圍內(nèi)的部分，只思考懸臂部分作用就會(huì)對(duì)鋼束引伸量等其他結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良影響，增加了計(jì)算結(jié)果的難度。

由上述所列的三個(gè)模型我們可以清楚地知道模型建立的利弊，在選擇時(shí)要慎重考慮，防止為后期工程的建設(shè)埋下不必要隱患。

5.施工階段控制應(yīng)力

為了保證架設(shè)預(yù)制梁和成橋時(shí)蓋梁混凝土不被拉壞，蓋梁設(shè)計(jì)要在正常使用階段應(yīng)力滿足公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范要求。蓋梁施工控制應(yīng)力直接決定預(yù)應(yīng)力束的布束形式和預(yù)應(yīng)力的張拉次序。

6.施工階段劃分為

（1）澆筑蓋梁；

（2）架設(shè)小箱梁；

（3）澆筑現(xiàn)澆層鋼束；

（4）張拉下排，橋面鋪裝及防撞墻等二期恒載施工。小箱梁蓋梁采用國(guó)標(biāo)鋼束，鋼束均從蓋梁頂過(guò)。鋼束分上下兩排布置，上下排布置的股數(shù)由于受力不同而不同。

7.運(yùn)營(yíng)階段應(yīng)力分析

因?yàn)槭褂秒A段預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件正截面混凝土的壓應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力鋼筋的拉應(yīng)力運(yùn)營(yíng)階段要按長(zhǎng)期荷載作用、短期荷載作用進(jìn)行分析驗(yàn)算。

8.預(yù)應(yīng)力蓋梁設(shè)計(jì)與應(yīng)用

以城軌某獨(dú)柱高價(jià)車站大懸臂蓋梁設(shè)計(jì)為例子，和鐵路橋涵、建筑兩類規(guī)范的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論相比較，在同一預(yù)應(yīng)力蓋梁的構(gòu)件設(shè)計(jì)中，分別采用容許應(yīng)力法和極限狀態(tài)法進(jìn)行強(qiáng)度檢算，使得極限狀態(tài)法強(qiáng)度安全儲(chǔ)備系數(shù)較高且經(jīng)濟(jì)適用。但是容許應(yīng)力法相對(duì)來(lái)說(shuō)比較保守以現(xiàn)代規(guī)范推薦的容許應(yīng)力法進(jìn)行蓋梁預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)，通過(guò)采用聯(lián)眾鋼束線形布置方式，對(duì)二者比較應(yīng)力指標(biāo)，可降低施工階段拉應(yīng)力并獲得較高強(qiáng)度的安全系數(shù)，最好再提出高架車站大懸臂蓋梁設(shè)計(jì)中預(yù)應(yīng)力束形調(diào)整的相關(guān)因素。

9.計(jì)算方法

計(jì)算方法要求的內(nèi)容進(jìn)行內(nèi)力、應(yīng)力等承載力計(jì)算，按構(gòu)件結(jié)構(gòu)驗(yàn)算在施工階段、使用階段應(yīng)力等方面是否符合規(guī)范要求。計(jì)算采用Midas 2010進(jìn)行空間桿系分析，避免了人為分析中可能由于粗心而犯不必要的錯(cuò)誤。

10.承載能力極限狀態(tài)強(qiáng)度驗(yàn)算

按照橋梁承載能力狀態(tài)計(jì)算要求，主梁一定要堅(jiān)固，前期的基礎(chǔ)準(zhǔn)備必須打扎實(shí)。況且主梁應(yīng)滿足各個(gè)方面的要求如下：

（1）正截面抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算；

（2）斜截面抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算；

（3）持久狀況正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算；

（4）正應(yīng)力驗(yàn)算；

（5）長(zhǎng)期、短期效應(yīng)組合正截面混凝土的拉應(yīng)力圖；

（6）主拉應(yīng)力驗(yàn)算。

11.施工注意事項(xiàng)

（1）應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)，遵守設(shè)計(jì)規(guī)則，對(duì)各個(gè)階段的工程設(shè)計(jì)查找書(shū)籍看看設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是否滿足理論應(yīng)用，在設(shè)計(jì)完之后對(duì)方案進(jìn)行實(shí)際狀況的吻合評(píng)估。

（2）在施工前必須要對(duì)蓋梁支架或托架進(jìn)行設(shè)計(jì)，它們是承擔(dān)整個(gè)橋梁的基礎(chǔ)，在橋梁構(gòu)件中占有舉足輕重的地位，本工程的預(yù)應(yīng)力蓋梁為后張預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，因此需要采用托架或支架法澆筑蓋梁。

（3）嚴(yán)格控制張拉工藝，應(yīng)及時(shí)查明原因，失敗是成功之母，我們也應(yīng)該感謝失敗，這樣能提前認(rèn)識(shí)到我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)哪個(gè)環(huán)節(jié)沒(méi)有控制好。張拉過(guò)程中應(yīng)盡量減少預(yù)應(yīng)力損失。

12.結(jié)語(yǔ)

預(yù)應(yīng)力采用T形式大懸臂結(jié)構(gòu)，將橋梁的上下部分結(jié)構(gòu)融為一體，同時(shí)體現(xiàn)出了柔、輕、巧的特性。蓋梁橋下空間大，既要能讓大量的車輛通過(guò)，又要不發(fā)生任何安全事故。由于大量的車輛加起來(lái)對(duì)橋梁的負(fù)重大，橋梁橫橋向跨越能力就要增強(qiáng)，在結(jié)構(gòu)耐性和承受重力的要求就相對(duì)高。但預(yù)應(yīng)力蓋梁設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，施工技術(shù)難度較大，在設(shè)計(jì)方案是增加了難度，這就要求設(shè)計(jì)者要有豐富的經(jīng)驗(yàn)和把各個(gè)城市橋梁的特性匯總起來(lái)，找到適合我們城市橋梁的構(gòu)件特點(diǎn)。在建模時(shí)要盡可能反應(yīng)實(shí)際情況，提高模型計(jì)算的準(zhǔn)確性，布置預(yù)應(yīng)力時(shí)，盡量將預(yù)應(yīng)力鋼束布置在蓋梁結(jié)構(gòu)的上緣，固端鋼束彎起角度也盡量一致，來(lái)減少施工難度和預(yù)應(yīng)力損失。大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁的設(shè)計(jì)方案不僅使橋梁上下部結(jié)構(gòu)充分協(xié)調(diào)，滿足景觀要求和通行要求，而且通過(guò)計(jì)算證明了該方案在技術(shù)上安全可行，可作為上跨城市道路高架橋的蓋梁設(shè)計(jì)的參考。

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