龍俊濤 夏治菘
摘要:本文對(duì)先張發(fā)預(yù)應(yīng)力梁板結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)的要點(diǎn)進(jìn)行分析,首先全面解析梁板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容,其次以先張法預(yù)應(yīng)力梁板結(jié)構(gòu)的橋梁設(shè)計(jì)內(nèi)容為主體對(duì)象,深入分析先張法預(yù)應(yīng)力梁板結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)的方式,目的在于提高橋梁設(shè)計(jì)水平,促進(jìn)我國(guó)橋梁事業(yè)的發(fā)展。
關(guān)鍵詞:先張法;預(yù)應(yīng)力;梁板結(jié)構(gòu);橋梁設(shè)計(jì)
0.引言
通常情況下,跨度較小的梁板結(jié)構(gòu)的橋梁使用的是預(yù)應(yīng)力的功能設(shè)計(jì),在所有部件對(duì)外部結(jié)構(gòu)承受壓力之前,及早在這樣的條件下對(duì)受拉部位實(shí)施作用力,進(jìn)而使得各個(gè)部件的功能強(qiáng)度得到加強(qiáng),而這樣的結(jié)構(gòu)部署方式就是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。在梁板結(jié)構(gòu)形式的橋梁中,對(duì)于預(yù)應(yīng)力的部署主要涵蓋先張法與后張法兩類,前者的作用是增強(qiáng)鋼筋混凝土等結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性和抗擊外力性,但是在實(shí)施混凝土部件預(yù)制的環(huán)節(jié)中,實(shí)施應(yīng)力的方式不失為一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法。
1.梁板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)概況
梁板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要作用在跨度較小的橋梁中,由于其設(shè)計(jì)便捷以及建造高度較低,因而頗受歡迎。通常其主要應(yīng)用的是整體形式的板橋結(jié)構(gòu),主要涵蓋矩形等相應(yīng)板式;另外的裝配形式的板橋則是包含實(shí)心和空心兩類;當(dāng)然也有兩類形式兼有的組合形式,主要是按照先裝配后整體的設(shè)計(jì)順次。
梁體結(jié)構(gòu)形式的橋梁的建造高度較低,且整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程比較便捷、高效統(tǒng)一化生產(chǎn);需要注意的是裝配形式的部件自身質(zhì)量較小,然而其跨度的范圍卻時(shí)常受到影響,通常的鋼筋混凝土的設(shè)計(jì)不得超過(guò)15m,而預(yù)應(yīng)力形式的混凝土連續(xù)板橋也應(yīng)控制在35m左右;以上測(cè)算都應(yīng)遵循靜力規(guī)則推進(jìn);對(duì)于各種形式的橋梁,其所實(shí)施預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)的方式也不盡相同。對(duì)于簡(jiǎn)支板橋的設(shè)計(jì),其可以使用整體的形式也可以使用裝配的形式,第一種的跨度在4~8m區(qū)間內(nèi),相應(yīng)的裝配類型的預(yù)應(yīng)力規(guī)格的混凝土板橋的跨徑能夠達(dá)到16m;懸臂形式的板橋通常設(shè)計(jì)為雙懸臂結(jié)構(gòu),其中間的跨度在8~10m范圍內(nèi),相應(yīng)的懸臂的長(zhǎng)度是中間部位的三分之一,板的跨中標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)大致是跨度的1/14~1/18,而承載部位則是跨中部位的1-3~1.4倍。如果是連續(xù)形式的板橋,其就不需要實(shí)施附加的搭建板材,則只需科學(xué)設(shè)計(jì)跨度,邊際區(qū)域的跨度與中間區(qū)域的跨度之比設(shè)計(jì)在0.7~0.8;而如果是整體形式的板橋,由于其截面等部位易受溫度以及各類材料的影響,因而使得橋中部位可以適當(dāng)?shù)厣煺?;而如果是空心形式的矩形板,則主要是采取增加跨度等舉措使其自身的重量得到減小,通常的預(yù)應(yīng)力混凝土的空心板的跨度范圍應(yīng)設(shè)計(jì)為8~16m,另外板的厚度范圍應(yīng)設(shè)計(jì)在40~70cm。
2.先張法預(yù)應(yīng)力梁板結(jié)構(gòu)的橋梁設(shè)計(jì)
2.1先張法預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)概況
所謂先張法,是指在混凝土材料澆筑之前,對(duì)預(yù)應(yīng)力筋實(shí)施張拉伸展,隨后把其固定在臺(tái)座等結(jié)構(gòu)上,接著實(shí)施澆筑設(shè)計(jì),等混凝土的堅(jiān)固程度符合混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的75%左右,并確保預(yù)應(yīng)力筋與混凝土二者達(dá)到絕對(duì)的融合,進(jìn)而即可釋放預(yù)應(yīng)力筋,并通過(guò)混凝土與預(yù)應(yīng)力二者之間融合的作用,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土實(shí)施預(yù)應(yīng)力的效果。此類預(yù)應(yīng)力的設(shè)計(jì)最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是臺(tái)座的設(shè)計(jì)和構(gòu)造,臺(tái)座是整個(gè)部件設(shè)計(jì)中起著重要承載功能的部件,因而對(duì)其的構(gòu)造務(wù)必要具備強(qiáng)大的承壓能力和堅(jiān)硬程度以及穩(wěn)固性,以防止出現(xiàn)形變和其他惡劣的情況,并保證此類方式制作的部件質(zhì)量達(dá)標(biāo)。臺(tái)座的形式眾多,通常都是受制于各類不同的條件而實(shí)施的,通常常見(jiàn)的類型為墩式和槽式兩類。
2.2臺(tái)座結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
對(duì)于墩式臺(tái)座的設(shè)計(jì),其主要涵蓋承載部分以及臺(tái)面結(jié)構(gòu)和橫梁等三部分,相應(yīng)的長(zhǎng)度最佳的區(qū)間為50~150m。而臺(tái)座承載能力的設(shè)計(jì)應(yīng)依照部件張拉能力來(lái)決定,通常依照臺(tái)座每米的寬度等標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)。而承力作用的臺(tái)墩通常都是在地下放置,并且其具有極為強(qiáng)大的承壓效果和穩(wěn)固性能。而對(duì)臺(tái)墩的穩(wěn)定性檢驗(yàn)則主要涵蓋抗傾覆和抗滑移等兩個(gè)部分,前者的檢驗(yàn)遵循KI=M/M1=GIJ(Pjxe1)的公式實(shí)施,其中的K1代表抗傾覆達(dá)到完全程度的一個(gè)系數(shù)值,通常不得小于1.50;而M則代表傾覆的力矩(N·m),它產(chǎn)生于預(yù)應(yīng)力筋的張拉作用力;Pi代表的是預(yù)應(yīng)力筋的張拉力(N);而e1則是預(yù)應(yīng)力筋的張拉力施加作用的部位到傾覆部位的力臂長(zhǎng)度(m);而M1代表的則是抗傾覆力矩(N·m),其主要通過(guò)臺(tái)墩自身重力與主動(dòng)土壓力等二者共同施加;顯然G代表的是臺(tái)墩自身的重力;而L同樣也代表力臂;而Ep則是相應(yīng)壓力等的合力(N),但是如果其放置的深度較淺,則以上因素不再考慮;e2代表的是合力中心到傾覆部位的力臂長(zhǎng)度(m)。同樣地,對(duì)于其抗滑移的驗(yàn)證和測(cè)算應(yīng)遵循公式K2=N1/Pj具體實(shí)施,其中K2代表的是抗滑移的安全系數(shù),一般不得小于1.30;而N1代表的是抗滑移力,通常臺(tái)面表示為N,而另外一些與以上表示的意義大體一致。如果使用的混凝土形式的臺(tái)面,并與合墩等環(huán)節(jié)共同設(shè)計(jì)時(shí),這個(gè)時(shí)候通常不實(shí)施后者的驗(yàn)證和測(cè)算,但是其承壓的能力則應(yīng)執(zhí)行此項(xiàng)設(shè)計(jì)。
對(duì)于臺(tái)面的設(shè)計(jì),其通常是在堅(jiān)固性能達(dá)標(biāo)的碎石墊層上澆筑60~100mm厚度的混凝土,進(jìn)而最終構(gòu)成。在此部位的設(shè)計(jì)中,水平形式的承載力務(wù)必認(rèn)真測(cè)算,其通常的測(cè)算公式為N=φxAcxfc/(K1xK2),而φ代表的是軸心受壓作用下的縱向彎曲的系數(shù),一般設(shè)計(jì)為1;而Ac代表的是其截面的面積(㎡);而fc代表的是混凝土軸心抗壓強(qiáng)度的計(jì)算數(shù)值(MPa);K1代表的是其承載力超限的系數(shù),一般設(shè)計(jì)為1.2;而K2是在臺(tái)面不均勻以及其他限定因素的條件下的安全系數(shù),一般設(shè)計(jì)為15。其伸縮縫的設(shè)計(jì)可依照區(qū)域的溫度變化等其他因素決定,通常設(shè)計(jì)為10m;當(dāng)然也可使用滑動(dòng)類型的臺(tái)面,這樣就沒(méi)有了上一步的設(shè)計(jì)。臺(tái)座兩側(cè)設(shè)計(jì)有固定預(yù)應(yīng)力鋼絲的鋼制橫梁,通常使用型鋼來(lái)進(jìn)行制作,在具體設(shè)計(jì)的時(shí)候,不僅要確保有一定的強(qiáng)度和堅(jiān)硬程度,與此同時(shí)還應(yīng)格外防范其可能出現(xiàn)變形以及預(yù)應(yīng)力損耗的情況。
2.3先張法作用下的預(yù)應(yīng)力槽式臺(tái)座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
槽式規(guī)格的臺(tái)座主要涵蓋鋼筋混凝土壓桿等相應(yīng)部件,通常其放置在地下部位,其臺(tái)座的長(zhǎng)度通常不得超過(guò)50m,相應(yīng)的承載力可以大于1000kN。對(duì)于槽式規(guī)格的臺(tái)座,其通常使用四橫梁搭配成組,進(jìn)而借助于千斤頂來(lái)實(shí)施張拉設(shè)計(jì),具體設(shè)計(jì)務(wù)必確保經(jīng)濟(jì)實(shí)用且能達(dá)到高效便捷的效果。此結(jié)構(gòu)主要涵蓋端柱和橫梁等統(tǒng)一設(shè)計(jì),由于其水平形式的力基本都傳遞給了傳力柱,因而并不會(huì)產(chǎn)生以上兩類問(wèn)題,這樣相應(yīng)的測(cè)算驗(yàn)證中就不必要對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)算。而如果事先知道張拉控制的應(yīng)力以及鋼鉸線截面的面積,那么就能得出其他各個(gè)環(huán)節(jié)所需的數(shù)值和量級(jí)。此環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)的臺(tái)座主要由3個(gè)傳力柱來(lái)承擔(dān)承受2槽空心板的張拉力,這樣就可以測(cè)算出相應(yīng)的正截面具體應(yīng)承受的力Nj,Nj=1917 726 N。
3.結(jié)束語(yǔ)
綜上所述,借助于先張法進(jìn)行預(yù)應(yīng)力梁體結(jié)構(gòu)的部件制作,主要涵蓋臺(tái)座和張拉等各個(gè)工序,而其中關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是臺(tái)座的設(shè)計(jì)和部署,因此其的設(shè)計(jì)和測(cè)算務(wù)必依照具體規(guī)格實(shí)施,只有這樣才可既達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn),又能確保橋梁的正常使用。
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