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        預(yù)應(yīng)力混凝土T構(gòu)設(shè)計與計算

        2021-10-26 10:13:24
        工程技術(shù)研究 2021年14期
        關(guān)鍵詞:大節(jié)號段預(yù)拱度

        劉 歡

        中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司,北京 102600

        1 橋梁概況

        某新建橋與既有津霸鐵路相交,橋梁中心線與鐵路中心線斜交,交角為89.6°。橋位處既有津霸鐵路有上、下行線兩股道,股道間距為4.1m。津霸鐵路是電氣化鐵路,采用鋼筋混凝土枕,鋼軌型號為60kg/m鋼軌,既有鐵路兩側(cè)分別有2條規(guī)劃鐵路,平面位于直線上。該橋梁跨越運營鐵路,故綜合比選方案后采用側(cè)位現(xiàn)澆轉(zhuǎn)體法施工,結(jié)構(gòu)選用跨度為70m的T構(gòu)跨越,轉(zhuǎn)體墩防護樁邊緣與既有津霸鐵路下行線中心最小距離為26.12m,最小凈空為10.33m。

        2 主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計

        主橋采用2×70m T構(gòu),上部結(jié)構(gòu)采用單箱三室斜腹板箱形截面,沿箱梁結(jié)構(gòu)中心線中支點處梁高7m,邊支點等高段梁高3.5m,等高段長4.92m,其余梁底線形按圓曲線變化。箱梁頂板寬34.58m,底板寬20.964~24.145m。兩側(cè)懸臂長度為4.04m,懸臂板端部厚0.2m、根部厚0.65m,距離端部2.04m位置處懸臂厚度為0.35m,橫橋向懸臂厚度呈線性變化。箱梁頂板厚0.3m,中支點和邊支點處均增至0.55m;底板厚度為0.25~1m,中支點和邊支點處分別增至1.5m、0.5m;邊腹板、中腹板厚度相同,標(biāo)準(zhǔn)段厚度為0.5m,中支點處為1.2m。在中支點處對應(yīng)墩身設(shè)置中橫梁,厚4m,邊支點處端橫梁厚2m。

        轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)由下轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)體支座、上轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)體牽引系統(tǒng)組成。主梁采用縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)??v、橫向預(yù)應(yīng)力采用φs15.2高強度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線,標(biāo)準(zhǔn)強度fpk=1860MPa,彈性模量EP=1.95×105MPa,技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》(GB/T 5224—2014)的有關(guān)規(guī)定。管道成孔采用金屬波紋管,豎向預(yù)應(yīng)力采用Φ32預(yù)應(yīng)力混凝土用螺紋鋼筋,產(chǎn)品應(yīng)符合《預(yù)應(yīng)力混凝土用螺紋鋼筋》(GB/T 20065—2016)標(biāo)準(zhǔn)。預(yù)應(yīng)力混凝土用螺紋鋼筋抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值為930MPa,錨下張拉控制應(yīng)力為697.5MPa。錨固體系采用JLM-32型錨具;張拉體系采用YC60A型千斤頂,采用φ51mm鐵皮管制孔。施工中應(yīng)采用二次張拉工藝,錨固時錨具回縮量不得大于1mm,確保豎向預(yù)應(yīng)力筋的永存應(yīng)力滿足設(shè)計要求。

        3 主橋結(jié)構(gòu)計算

        3.1 計算參數(shù)

        (1)混凝土強度:主梁為C55,主墩及承臺采用C50,樁基礎(chǔ)采用水下C30。

        (2)重要性系數(shù)取1.1。

        (3)計算荷載。①一期恒載:自重,按結(jié)構(gòu)實際截面尺寸計入。②二期恒載:包括調(diào)平層、防水層、瀝青、防護屏、防護欄等附屬設(shè)施重量,瀝青為92.02kN/m,調(diào)平層為68.16kN/m,HA防撞墻為24.88kN/m(兩側(cè)),SS防撞墻為20.37kN/m(兩側(cè)),防護屏為2kN/m(兩側(cè))。③活載:采用公路-Ⅰ級荷載,并在此基礎(chǔ)上按提高30%考慮,沖擊系數(shù)按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60—2015)4.3.2規(guī)定計算。④溫度荷載:按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60—2015)辦理,整體升降溫按照橋位所在地點氣象資料確定。設(shè)計合龍溫度取10~20℃,整體升溫按+25℃、整體降溫按-25℃考慮。豎向溫度梯度引橋效應(yīng)時,考慮瀝青層隔熱作用不考慮調(diào)平層隔熱作用,結(jié)構(gòu)類型按100mm瀝青混凝土鋪裝層考慮,T1取14℃。⑤混凝土收縮徐變:環(huán)境條件按野外一般條件計算,相對濕度為70%,計算徐變終極時間按照成橋3650d考慮?;炷列熳儗Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生的效應(yīng)按照規(guī)范《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)第4.3.9條辦理,收縮徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失按照第6.2.7條辦理。⑥支座不均勻沉降:邊墩按1cm考慮,中墩按2cm考慮。

        (4)該橋按全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計,安全等級為Ⅰ級。

        3.2 施工階段劃分

        根據(jù)施工方案,施工分段澆筑分為兩種方案。方案一:共分5段澆筑,0號段20m、1號段12m、2號段12m、3號段31m、邊跨后澆段為4號段4.92m。方案二:共分3段澆筑,即將方案一中0號段與1號段合并,2號段和3號段合并,4號段維持不變。

        3.3 計算模型

        采用Midas Civil 2020進(jìn)行成橋階段受力計算。采用梁單元計算模式,全梁共分為150個節(jié)點、146個單元。Midas空間有限元模型如圖1所示。

        圖1 Midas空間有限元模型

        3.4 計算結(jié)果

        根據(jù)有限元模擬,方案一、方案二梁部主要計算結(jié)果如表1所示。

        表1 方案一、方案二梁部主要計算結(jié)果

        (1)從表1可以看出,兩個方案的結(jié)構(gòu)在持久狀況承載能力極限狀態(tài)下,正截面抗彎、斜截面抗剪均滿足規(guī)范要求;持久狀況正常使用極限狀態(tài)下,混凝土正截面拉應(yīng)力及斜截面主拉應(yīng)力均滿足規(guī)范要求;持久及短暫狀況下構(gòu)件應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。

        (2)結(jié)構(gòu)剛度。由計算結(jié)果可知,方案一、方案二的活載作用下引起的撓度均為7.4mm,小于L/600(L為計算跨徑),滿足規(guī)范要求,變截面連續(xù)梁通常在使用階段的撓度不控制設(shè)計。

        (3)預(yù)拱度。不同長度施工節(jié)段預(yù)拱度設(shè)置如圖2所示。由圖2可知,大節(jié)段與小階段澆筑混凝土對預(yù)拱度設(shè)置影響較大,其中大節(jié)段施工需設(shè)置最大101.5mm反拱,小階段施工需設(shè)置最大16.1mm預(yù)拱。

        圖2 不同長度施工節(jié)段預(yù)拱度設(shè)置

        4 結(jié)束語

        變截面連續(xù)梁整體性能好,轉(zhuǎn)體施工造價相對經(jīng)濟合理,對既有線路或構(gòu)筑物影響較小,是較受歡迎的一種結(jié)構(gòu)形式。案例橋梁跨越鐵路,設(shè)計施工時需注意以下事項:(1)縱向計算中,抗剪截面因需考慮投影范圍內(nèi)最大剪力及最小截面尺寸,故《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)相較于《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 D 62—2004)的設(shè)計結(jié)構(gòu)尺寸需稍加大。(2)根據(jù)施工進(jìn)度及施工質(zhì)量,選取合適長度的現(xiàn)澆節(jié)段。通過對比大節(jié)段、小節(jié)段施工,兩種施工方式在基本承載能力極限狀態(tài)下、混凝土主拉及短暫狀況下的法向壓應(yīng)力方面受力一致,在混凝土拉應(yīng)力、正截面壓應(yīng)力及斜截面主壓應(yīng)力上略有差別,其中大節(jié)段澆筑混凝土?xí)鸹炷林骼瓚?yīng)力不利,對正截面壓應(yīng)力及主壓應(yīng)力有利。(3)大節(jié)段與小節(jié)段澆筑混凝土對預(yù)拱度的設(shè)置影響較大。

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