■汪曉倩 蔣倫崗

(蘇交科集團(tuán)股份有限公司，南京 210000)

三柱式大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)

■汪曉倩 蔣倫崗

(蘇交科集團(tuán)股份有限公司，南京 210000)

本文結(jié)合328國(guó)道海姜段快速化改造工程中的一處三柱式大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁算例，總結(jié)了該類型蓋梁的設(shè)計(jì)思路及注意事項(xiàng)。尤其是墩柱與蓋梁連接處結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，多為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制性截面，需合理選擇墩柱與蓋梁的連接形式；結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)應(yīng)合理選擇架梁順序及預(yù)應(yīng)力鋼束的張拉順序，以保證施工過(guò)程結(jié)構(gòu)安全。

三柱式大懸臂蓋梁 預(yù)應(yīng)力混凝土 計(jì)算分析

328國(guó)道海姜段快速化改造工程位于泰州市，連接海陵區(qū)與姜堰區(qū)，其中設(shè)置一處高架橋。高架橋上部結(jié)構(gòu)形式采用裝配式部分預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支組合箱梁，下部結(jié)構(gòu)綜合考慮施工工藝、工期、景觀等因素，采用工藝成熟、工期短、橋下通透性較好的大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土倒“T”蓋梁形式。

高架橋標(biāo)準(zhǔn)段橋面全寬25.5m，整幅橋共8片組合箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式大懸臂蓋梁。高架橋變寬段橋墩蓋梁加長(zhǎng)，并在兩側(cè)(單側(cè))采用設(shè)置邊支墩的結(jié)構(gòu)形式。

本文選取變寬段其中一處橋墩——69#橋墩，簡(jiǎn)要介紹三柱式大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

1 概述

1.1 蓋梁構(gòu)造尺寸

蓋梁為三柱式大懸臂蓋梁，全寬28.4m，柱距為12.55m+4.9m，蓋梁右側(cè)懸臂端部至墩柱中心距離為9.85m。蓋梁采用變截面形式，端部高1.2m，根部高2m，倒“T”部分高度1.705m。墩柱采用矩形墩，截面尺寸1.6m×1.8m，蓋梁主要尺寸見(jiàn)下圖1：

圖1 橋墩構(gòu)造圖(單位：cm)

蓋梁采用C50混凝土，墩柱采用C40混凝土，承臺(tái)及樁基采用C30混凝土。

1.2 蓋梁預(yù)應(yīng)力體系

蓋梁右側(cè)翼緣端部至墩柱中心的距離與墩柱中心距離的比值為2.46，遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)蓋梁間距，蓋梁翼緣的長(zhǎng)懸臂效應(yīng)非常突出，故蓋梁內(nèi)需要配置預(yù)應(yīng)力鋼束以改善蓋梁受力狀態(tài)。

圖2 蓋梁預(yù)應(yīng)力鋼束布置圖

按照A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件進(jìn)行蓋梁設(shè)計(jì)，預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk＝1860MPa、公稱直徑d=15.2mm的高強(qiáng)低松弛鋼絞線。預(yù)應(yīng)力管道采用金屬波紋管，真空輔助灌漿工藝，管道摩擦系數(shù)取0.25，局部偏差系數(shù)取0.0015，張拉端錨具變形、鋼束回縮按每端6mm考慮。

蓋梁內(nèi)共布置10根預(yù)應(yīng)力鋼束，其中N1a、N1b、N2～N4采用17Φs15.2mm型鋼束，N5采用15Φs15.2mm型鋼束。蓋梁預(yù)應(yīng)力鋼束布置圖如2所示：

2 蓋梁計(jì)算

2.1 蓋梁模型

采用橋梁博士V3.2有限元程序建立蓋梁計(jì)算模型，蓋梁及墩柱單元?jiǎng)澐忠?jiàn)圖3：

圖3 蓋梁計(jì)算模型

在邊支墩與蓋梁的連接形式上，本例進(jìn)行了2種連接方式的對(duì)比。第一種為邊支墩與蓋梁剛接，在此計(jì)算模式下，邊支墩為大偏心受壓構(gòu)件，經(jīng)計(jì)算在現(xiàn)有的構(gòu)造尺寸下，其裂縫計(jì)算不滿足規(guī)范要求，需要增大邊支墩截面尺寸來(lái)適應(yīng)其受力要求，考慮到市政高架橋梁的景觀要求，需盡量保持下部墩柱結(jié)構(gòu)尺寸的統(tǒng)一，故本例最終采用了第二種連接形式，即邊支墩與蓋梁之間通過(guò)支座連接，來(lái)解決上述問(wèn)題。以下計(jì)算結(jié)果均是基于第二種連接方式。

2.2 計(jì)算參數(shù)

蓋梁設(shè)計(jì)考慮的作用于其上的主要荷載有：

恒載：其中一期恒載包括上部預(yù)制小箱梁自重，二期恒載包括橋面鋪裝、護(hù)欄重量等。

活載：公路一級(jí)荷載，考慮車(chē)道的不利布置，按橫向加載進(jìn)行計(jì)算。

溫度作用：考慮整體升降溫25℃，并按照規(guī)范要求考慮蓋梁非線性溫度變化。

2.3 承載能力極限狀態(tài)強(qiáng)度驗(yàn)算

基本組合下，蓋梁彎矩包絡(luò)圖如圖4～圖5所示：

圖4 最大彎矩及對(duì)應(yīng)抗力

圖5 最小彎矩及對(duì)應(yīng)抗力

蓋梁承載力最小富裕量為7%，滿足規(guī)范要求。

2.4 正常使用極限狀態(tài)抗裂驗(yàn)算

正常使用極限狀態(tài)下，蓋梁截面混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 混凝土抗裂驗(yàn)算結(jié)果(MPa)

由上表可見(jiàn)，正常使用極限狀態(tài)下蓋梁截面混凝土結(jié)構(gòu)抗裂驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。

2.5 持久狀況構(gòu)件應(yīng)力驗(yàn)算

使用階段標(biāo)準(zhǔn)組合下，蓋梁截面混凝土結(jié)構(gòu)持久狀況應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 持久狀況混凝土應(yīng)力驗(yàn)算(MPa)

本橋在持久狀況下混凝土的應(yīng)力滿足要求。

2.6 短暫狀況應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

架梁順序及剛束張拉順序?qū)κ┕るA段應(yīng)力影響很大，本例選取了兩種不同的施工順序來(lái)進(jìn)行試算對(duì)比。

2.6.1 第1種施工順序

一次性架梁，分批張拉鋼束，共分5個(gè)施工階段完成蓋梁施工：

(1)澆筑蓋梁，張拉第一批預(yù)應(yīng)力束：N1a、N1b 、N4、N5鋼束；

(2)一次性架梁；

(3)張拉第二批預(yù)應(yīng)力束：N2、N3；

(4)施加二期荷載；

(5)成橋10年。

2.6.2 第2種施工順序

考慮分批架梁及分批張拉鋼束，共分7個(gè)施工階段完成蓋梁施工：

(1)澆筑蓋梁，張拉第一批預(yù)應(yīng)力束：N1a、N4、N5 鋼束；

(2)架設(shè)第一批組合箱梁(小樁號(hào)側(cè)9片組合箱梁)；(3)張拉第二批預(yù)應(yīng)力束：N1b；

(4)架設(shè)第二批組合箱梁(大樁號(hào)側(cè)10片組合箱梁)；

(5)張拉第三批預(yù)應(yīng)力束：N2、N3；

(6)施加二期荷載；

(7)成橋10年。

按照上述兩種施工順序進(jìn)行蓋梁施工過(guò)程模擬計(jì)算分析，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3～表4：

表3 第1種施工順序下的混凝土應(yīng)力(MPa)

表4 第2種施工順序下的混凝土應(yīng)力(MPa)

由表可見(jiàn)，施工過(guò)程中蓋梁截面最大壓應(yīng)力≤20.4 MPa，最大拉應(yīng)力≤-1.67MPa，均滿足規(guī)范要求。

但是對(duì)比各施工階段的支反力可以發(fā)現(xiàn)，第1種施工順序的第(1)施工階段，邊支墩支座處出現(xiàn)負(fù)反力，這是由于第(1)施工階段張拉了過(guò)多的鋼束導(dǎo)致，因此不可取。最終我們選用了第2種蓋梁施工順序。

表5 不同施工順序下的邊墩支反力(kN)

3結(jié)語(yǔ)

(1)三柱式大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁，因結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，應(yīng)注意下部墩柱，尤其是邊支墩的偏心受壓驗(yàn)算，必要時(shí)在邊支墩與蓋梁之間設(shè)置支座。

(2)對(duì)于大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁，應(yīng)注意架梁順序并合理選擇預(yù)應(yīng)力鋼束的張拉順序，以使蓋梁處于合理的受力狀態(tài)。同時(shí)如果蓋梁與墩柱之間選用支座連接，要注意各施工階段的支座反力，以免出現(xiàn)負(fù)反力將支座拉壞，可通過(guò)調(diào)整施工順序及鋼束張拉順序來(lái)消除施工階段的負(fù)反力。

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