劉婉玥，楊凱

（安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司公路交通節(jié)能環(huán)保技術(shù)交通運輸行業(yè)研發(fā)中心，安徽 合肥 230088）

1 前言

為了適應(yīng)現(xiàn)代橋梁的工業(yè)化進程，越來越多的橋梁構(gòu)件采用了預(yù)制拼裝的設(shè)計施工方法。橋梁上部結(jié)構(gòu)采用鋼截面配合先張法預(yù)應(yīng)力橋面板可以最大限度地實現(xiàn)橋梁的裝配式施工，極大地提高了施工效率和安全性。其優(yōu)勢在于施工簡單，不需要特制錨具，雖然需要較大的臺座或成批的鋼模、養(yǎng)護池等固定設(shè)施，但在大批量生產(chǎn)時，經(jīng)濟優(yōu)勢明顯且質(zhì)量穩(wěn)定，適用于中小型構(gòu)件的工廠化生產(chǎn)。

傳統(tǒng)先張法預(yù)應(yīng)力構(gòu)件均采用直線式布束，而折線式布束方式由于可以更好地匹配彎矩包絡(luò)，以及產(chǎn)生豎向預(yù)應(yīng)力來提高結(jié)構(gòu)抗剪能力，因此得到了廣泛關(guān)注并研發(fā)運用到先張法預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中。2015年，鄄城黃河公路大橋引橋50m混凝土T梁運用了先張法折線式預(yù)應(yīng)力；2017年，都九高速鄱陽湖二橋引橋工程中也應(yīng)用了先張法折線式預(yù)應(yīng)力T梁。

2 工程實例

某鋼箱組合梁采用雙主梁結(jié)構(gòu)，鋼箱腹板間距為1.2m（外-外），兩片鋼箱之間凈距為5.9m。鋼箱梁跨間設(shè)置框架式橫隔板，端支點處設(shè)置實腹式橫隔板；中間橫梁及端支點橫梁均采用H型鋼，與鋼箱梁采用栓接連接。鋼箱梁采用直腹板形式，其截面中心線處組合高度為 3.21m（頂-頂），其中鋼箱梁高2.8m（頂-頂），高跨比1:15.58。鋼箱梁主要由頂板、底板、腹板、頂板加勁肋及受拉區(qū)加勁肋等組成，采用Q345qD板材。

橋面板擬采用先張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，預(yù)制部分采用C40混凝土，現(xiàn)澆濕接縫及剪力釘槽均采用C55補償收縮混凝土。橋面板寬12.75m，懸臂長度為2.025m，承托處板厚0.4m，懸臂處及跨中處板厚0.3m。橋面板內(nèi)配置15.2-1預(yù)應(yīng)力鋼束。橫橋向全寬預(yù)制，縱橋向通過鋼筋混凝土濕接縫連接。橋面板預(yù)留孔洞，孔洞處的鋼箱主梁頂板和濕接縫處設(shè)置剪力釘群，待橋面板就位安裝后，澆筑濕接縫及剪力槽混凝土與鋼梁連接。橋面結(jié)構(gòu)布置形式如圖1、圖2所示。

圖1 鋼箱-混凝土組合梁橋橋面板橫斷面圖

圖2 1/2鋼箱-混凝土組合梁橋橋面板平面圖

3 先張法預(yù)應(yīng)力混凝土橋面板受力分析

橋面板按照整體單向板計算，縱向長度一般取單位長度。橋面板橫向按A類部分預(yù)應(yīng)力構(gòu)件進行設(shè)計。對比直線式預(yù)應(yīng)力配筋以及折線式預(yù)應(yīng)力配筋方式下橋面板受力特點。

3.1 有限元建模

采用通用有限元分析軟件MIDAS Civil進行建模，橋面板采用梁單元，鋼箱部分采用板單元進行模擬，整個模型共92個單元，113個節(jié)點，模型如圖3所示。

圖3 有限元模型示意圖

橋面板與鋼箱之間采用彈性連接，連接剛度按照剪力釘抗剪剛度進行計算。根據(jù)《公路鋼混組合橋梁設(shè)計與施工規(guī)范》（JTG/T D64-01-2015）計算焊釘連接件的抗剪剛度。

式中：k為焊釘連接件的抗剪剛度（N/mm）;d為焊釘連接件桿部的直徑（mm）；E為混凝土彈性模量（MPa）；f為混凝土抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）。

根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG 3362—2018）（以下簡稱《規(guī)范》）計算橋面板車輪荷載分布寬度如圖4所示，并根據(jù)車輪荷載分布寬度得出車輪荷載分布給各單元的比例系數(shù)。

圖4 橋面板車輪荷載分布寬度示意圖（單位：mm）

由于車輛荷載后輪軸重最重，單個軸重70kN，對結(jié)構(gòu)受力影響最大，考慮橫向最大車道數(shù)及車輪間距進行橫向移動荷載的最不利布置。

3.2 直線式及折線式布束計算結(jié)果對比

根據(jù)《規(guī)范》，對直線式及折線式先張法預(yù)應(yīng)力混凝土橋面板計算結(jié)果進行對比分析，直線式預(yù)應(yīng)力布束采用雙排預(yù)應(yīng)力，每排3根，即每延米6根15.2-1鋼絞線；折線式預(yù)應(yīng)力布束采用每延米3根15.2-1鋼絞線，計算結(jié)果如表1、表2、圖5～圖8所示。

圖5 先張法直線式預(yù)應(yīng)力橋面板抗彎承載能力包絡(luò)圖（單位：kN·m）

圖6 先張法折線式預(yù)應(yīng)力橋面板抗彎承載能力包絡(luò)圖（單位：kN·m）

圖7 先張法直線式預(yù)應(yīng)力橋面板抗剪承載能力包絡(luò)圖（單位：kN·m）

圖8 先張法折線式預(yù)應(yīng)力橋面板抗剪承載能力包絡(luò)圖（單位：kN·m）

根據(jù)以上計算結(jié)果可以看出，直線式預(yù)應(yīng)力布束和折線式預(yù)應(yīng)力布束方式均能滿足規(guī)范中橋面板承載能力要求，且折線式預(yù)應(yīng)力鋼束用量更少。針對橋面板常見的開裂問題，也做了詳細的計算，計算結(jié)果如表3所示。

橋面板抗彎承載能力計算表格 表1

橋面板抗剪承載能力計算表格 表2

橋面板抗裂計算表格 表3

根據(jù)以上計算結(jié)果可以看出兩種布束方式在長期效應(yīng)作用下正截面均未出現(xiàn)拉應(yīng)力，短期效應(yīng)作用下最大拉應(yīng)力也均符合σ-σ≤0.7f=1.86MPa，斜截面最大主拉應(yīng)力也小于1.86MPa，因此截面抗裂性能均符合規(guī)范要求。

4 結(jié)語

①先張法預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的推廣使用，可以為橋梁的全裝配化施工助力，保證了施工效率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時也避免了大量混凝土現(xiàn)澆作業(yè)帶來的施工風(fēng)險和環(huán)境污染。

②先張法預(yù)應(yīng)力構(gòu)件主要采用直線式布束，經(jīng)過計算對比發(fā)現(xiàn)，折線式布束方式可以更好地匹配彎矩包絡(luò)，因此，可以使用更少的鋼絞線達到同等的抗彎承載能力；由于產(chǎn)生了豎向預(yù)應(yīng)力，對構(gòu)件抗剪承載能力也有所提升。

③現(xiàn)階段先張法折線式預(yù)應(yīng)力主要借助彎起器在梁肋中進行應(yīng)用，在橋面板這類厚度較薄的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中使用時仍有一些限制，包括彎折角度、彎起器安裝空間等，亟待進一步研發(fā)。