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        新《標(biāo)準(zhǔn)》及《通規(guī)》要求下預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁橋面板受力分析

        2016-11-17 08:50:52孫林林羅
        福建交通科技 2016年5期
        關(guān)鍵詞:跨徑橋面箱梁

        ■孫林林羅 娜

        (1.蘇交科集團(tuán)股份有限公司,南京 210017;2.寧波公路市政設(shè)計(jì)有限公司,寧波 315100)

        新《標(biāo)準(zhǔn)》及《通規(guī)》要求下預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁橋面板受力分析

        ■孫林林1羅娜2

        (1.蘇交科集團(tuán)股份有限公司,南京210017;2.寧波公路市政設(shè)計(jì)有限公司,寧波315100)

        本文通過對(duì)新舊《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》和《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》進(jìn)行深入對(duì)比分析研究,經(jīng)研究發(fā)現(xiàn):新《標(biāo)準(zhǔn)》單車道荷載系數(shù)提高的影響:對(duì)單車道控制計(jì)算的橋面板的局部受力有影響,對(duì)預(yù)制T梁、預(yù)制小箱梁等裝配式橋梁、橋面板受力影響較大。新《通規(guī)》中基本組合將車輛荷載的分項(xiàng)系數(shù)從1.4提高到1.8,對(duì)橋面板的局部計(jì)算影響較大。通過新舊規(guī)范的分析,以便設(shè)計(jì)工作者能正確執(zhí)行新標(biāo)準(zhǔn)。

        新規(guī)范橋面板車輛荷載小箱梁

        1 引言

        《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG B01-2014)自2015年1月1日起實(shí)施,2003版同時(shí)廢止。《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60-2015)自2015年12月1日起實(shí)施,2004版同時(shí)廢止。在2014版《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》)中增列了單車道橫向布載系數(shù),單車道布載系數(shù)的提高對(duì)橋梁的受力的影響:①能提高結(jié)構(gòu)物對(duì)偶然出現(xiàn)的超重車輛的承載能力;②對(duì)單車道控制計(jì)算的橋面板的局部受力有影響;③對(duì)于多車道預(yù)制結(jié)構(gòu)橋梁,邊梁(板)剪力有影響;④對(duì)于單車道橋梁(窄橋),汽車荷載效應(yīng)提高20%。在2015版《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱《通規(guī)》)中除上述《標(biāo)準(zhǔn)》中調(diào)整內(nèi)容以外,還提高了車輛荷載的基本組合分項(xiàng)系數(shù),新規(guī)范汽車荷載分項(xiàng)系數(shù)當(dāng)采用車輛荷載計(jì)算時(shí),取值由原1.4改為1.8,對(duì)局部計(jì)算均存在較大影響。因此原有通用圖亟需計(jì)算修編,以規(guī)范、統(tǒng)一橋梁設(shè)計(jì),確保項(xiàng)目質(zhì)量。

        2 工程概況

        2.1小箱梁斷面及尺寸

        橋面寬度:(路基寬28m,高速公路),半幅橋全寬13.65m,0.5m(護(hù)欄墻)+12m(行車道)+1.15m(波型護(hù)欄)=13.65m。橫斷面布置圖如圖1所示,計(jì)算截面尺寸如圖2所示。

        2.2有關(guān)計(jì)算參數(shù)的選取

        (1)一期恒載q1:預(yù)制梁重力密度取γ=26kN/m3。

        (2)二期恒載q2:

        ①濕接縫C50混凝土,重力密度取γ=26kN/m3(參與受力)。

        圖1 橫斷面布置圖(單位:mm)

        圖2 計(jì)算截面尺寸(單位:mm)

        ②80mm C40混凝土,重力密度取γ=26kN/m3。

        ③100mm瀝青混凝土鋪裝重力密度取γ=24kN/m3。

        ④防撞護(hù)欄(單側(cè)),波型護(hù)欄(單側(cè)),重力密度取γ=26kN/m3。

        ⑤護(hù)欄所受碰撞荷載按照SS級(jí)護(hù)欄取值,碰撞荷載標(biāo)準(zhǔn)值為104kN/m。

        ⑥《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG B01-2014),增列了單車道橫向布載系數(shù),單車道的布載系數(shù)為1.2,小箱梁的橋面板計(jì)算由單車道控制,所以汽車車輛荷載后軸重力P=140×1.2=168kN。

        ⑦主要材料參數(shù):混凝土:預(yù)制梁及現(xiàn)澆濕接縫為C50、現(xiàn)澆調(diào)平層為C40;普通鋼筋:采用 HPB300,fsk= 300MPa,ES=2.0×105MPa;HRB400,fsk=400MPa,ES=2.0× 105MPa。

        3 箱梁頂板跨中截面計(jì)算

        3.1承載能力極限狀態(tài)計(jì)算

        (1)恒載內(nèi)力(以縱向1m寬的板梁計(jì)算)

        10cm厚瀝青混凝土橋面鋪裝荷載集度為g1,8cm厚C40混凝土橋面現(xiàn)澆層荷載集度為g2,箱梁頂板荷載集度為g3:

        ∑g=g1+g2+g3=9.16(kN/m)

        板計(jì)算跨徑取兩腹板間的凈距加板厚,但不大于兩腹板中心之間的距離:取l=1.5m。

        按簡(jiǎn)支板計(jì)算的跨中恒載彎矩:

        Mog=gl2/8=9.16×1.52=2.58kN·m

        根據(jù) 《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》4.1.2條,與梁肋整體連接的板跨中恒載彎矩:

        Mg=0.5Mog=1.29kN·m

        (2)活載內(nèi)力(以縱向1m寬的板梁計(jì)算)

        軸距d=1.4m;車輪著地縱向?qū)挾萢1=0.2m;車輪著地橫向?qū)挾萣1=0.6m;鋪裝層厚度h=0.1+0.08=0.18m;板計(jì)算跨徑l=1.5m,頂板厚度t=0.18m;

        橋面板跨中有效高度h0=0.18-0.047=0.133m

        平行于板的跨徑方向的荷載分布寬度:b=b1+2h=0.6+ 2×0.18=0.96m

        根據(jù)規(guī)范]4.1.3條,單個(gè)車輪在板的跨徑中部時(shí)垂直于板的跨徑方向的荷載分布寬度:

        a=(a1+2h)+l/3=1.06m

        2l/3=1m

        取a=1.06m

        雙輪在板的跨徑中部時(shí)垂直于板的跨徑方向的荷載分布寬度:

        a=(a1+2h)+d+l/3=2.46m

        2l/3+d=2.4m

        取a=2.46m

        按簡(jiǎn)支板單輪作用計(jì)算跨中活載彎矩:

        Mop=(1+μ)(l-b/2)P/8a=26.27kN·m(考慮沖擊系數(shù)μ=0.3)

        按簡(jiǎn)支板雙輪作用計(jì)算跨中活載彎矩:

        Mop=(1+μ)(l-b/2)P/4a=26.64kN·m(考慮沖擊系數(shù)μ=0.3)

        顯然,簡(jiǎn)支板跨中活載彎矩按單輪作用時(shí)最為不利,故簡(jiǎn)支板跨中活載彎矩Mop=26.27kN·m。根據(jù)規(guī)范[1]4.1.2條)。與梁肋整體連接的板跨中活載彎矩:

        Mp=0.5Mop=13.14kN·m

        (3)承載能力極限狀態(tài)配筋驗(yàn)算

        根據(jù)新《通規(guī)》承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)基本組合:汽車荷載分項(xiàng)系數(shù)當(dāng)采用車輛荷載計(jì)算時(shí),取值由原1.4改為1.8。

        γ0Md=γ0+(1.2Mg+1.8Mp)=27.71kN·m

        截面抵抗矩系數(shù):

        αS=γ0Md/(fcdbh02)=0.069874

        相對(duì)界限受壓區(qū)高度:

        ξ=1-(1-2αS)0.5=0.0725內(nèi)力臂偶系數(shù):

        γS=1-0.5ξ=0.964

        順橋向每延米需要鋼筋面積:

        AS=γ0Md/(fsdγsh0)=655mm2,而順橋向每延米實(shí)際配鋼筋為間距10cmΦ12

        AS′=1311mm2>655mm2

        顯然,承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)滿足要求。

        3.2正常使用極限狀態(tài)計(jì)算

        鋼筋表面形狀系數(shù)C1=1.0

        按作用短期效應(yīng)組合計(jì)算的彎矩:

        Ms=Mg+0.7Mp=1.29+0.7×13.13=10.48kN·m

        按作用長(zhǎng)期效應(yīng)組合計(jì)算的彎矩:

        Ml=Mg+0.4Mp=1.29+0.4×13.13=6.54kN·m

        作用長(zhǎng)期效應(yīng)影響系數(shù)

        C2=1+0.5Ml/Ms=1+0.5×6.54/10.48=1.31

        鋼筋混凝土板式受彎構(gòu)件系數(shù):

        C3=1.15

        鋼筋應(yīng)力:

        σss=Ms/(0.87ASh0)=80.1MPa

        縱向受拉鋼筋配筋率:

        ρ=As/(bh0)=0.0085

        最大裂縫寬度:

        Wjk=C1C2C3σss(30+d)/[Es(0.28+10ρ)]=0.07mm<0.2mm顯然,正常使用極限狀態(tài)下的裂縫寬度滿足規(guī)范要求。

        4 箱梁現(xiàn)澆濕接縫截面計(jì)算

        計(jì)算方法同箱梁頂板跨中截面計(jì)算,計(jì)算結(jié)果如下:

        (1)順橋向每延米需要鋼筋面積:

        AS=γ0Md/(fsdγsh0)=797mm2,而順橋向每延米實(shí)際配鋼筋為間距10cmΦ12

        AS′=1311mm2>797mm2

        顯然,承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)滿足要求。

        (2)最大裂縫寬度:

        Wjk=C1C2C3σss(30+d)/[Es(0.28+10ρ)]=0.09mm<0.2mm

        顯然,正常使用極限狀態(tài)下的裂縫寬度滿足規(guī)范要求。

        5 邊箱梁橋面板懸臂根部截面計(jì)算

        5.1承載能力極限狀態(tài)計(jì)算

        (1)恒載內(nèi)力(以縱向1m寬的板梁計(jì)算)

        懸臂板的計(jì)算跨徑l=0.825m,懸臂端部0.18m,懸臂根部0.25m。

        橋面板自重彎矩:Mg1=-0.5gl2=1.85kN·m

        橋面鋪裝自重彎矩:Mg2=-0.5gl2=1.48kN·m

        外側(cè)防撞墻每延米混凝土體積:0.42m3

        防撞墻自重彎矩Mg3=6.14kN·m

        恒載彎矩Mg=Mg1+Mg2+Mg3=9.47kN·m

        (2)活載內(nèi)力(以縱向1m寬的板梁計(jì)算)

        平行于懸臂板跨徑的車輪著地尺寸的外緣通過鋪裝層45°分布線的外邊線至腹板外邊緣的距離:

        C=0.825-0.5-0.5+0.18=-0.01m<0

        所以,不考慮汽車荷載作用

        (3)汽車撞擊力

        根據(jù) 《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/T D81-2006)》4.6.1條

        防撞墻所受汽車碰撞荷載標(biāo)準(zhǔn)值qz=104kN/m

        碰撞荷載彎矩:

        Mz=qz(hz-0.05)=117.52kN·m

        承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)偶然組合:

        Mz=Mg+Mz=2.19+117.52=126.99kN·m

        橋面板有效高度h0=0.25-0.047=0.203m

        順橋向每延米需要鋼筋面積:

        AS=γ0Md/(fsdγsh0)=2272mm2,而順橋向每延米實(shí)際配鋼筋為間距10cmΦ12+10cmΦ16

        AS=3142mm2>2272mm2

        顯然,承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)滿足要求。

        5.2正常使用極限狀態(tài)計(jì)算

        計(jì)算方法同箱梁頂板跨中截面計(jì)算,計(jì)算結(jié)果如下:最大裂縫寬度:

        Wjk=C1C2C3σss(30+d)/[Es(0.28+10ρ)]=0.02mm<0.2mm顯然,正常使用極限狀態(tài)下的裂縫寬度滿足規(guī)范要求。

        6 新舊規(guī)范計(jì)算結(jié)果對(duì)比

        提到單車道橫向車道布載系數(shù)及車輛荷載的汽車荷載分項(xiàng)系數(shù)(從1.4提高到1.8)對(duì)組合箱梁橋面板計(jì)算結(jié)果的影響如表1所示。

        表1 新老規(guī)范下預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁計(jì)算結(jié)果對(duì)比

        7 結(jié)論

        組合箱梁通用圖橋面板按新、老規(guī)范驗(yàn)算均能滿足規(guī)范要求,按照新規(guī)范計(jì)算承載力富余度有所減小。在今后的設(shè)計(jì)中應(yīng)引起重視。

        [1]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].

        [2]JTG D60-2015,公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

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

        [4]JTG B01-2014,公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

        [5]JTG B01-2003,公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

        [6]祁帥.預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁橋面板受力計(jì)算[J].公路交通科技,2013(7):66~69.

        [7]卓斌.預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋面板受力計(jì)算[J].北方交通,2010(9):45~49.

        [8]JTG/T D81-2006,公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)細(xì)則[S].

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