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        大懸臂雙柱預(yù)應(yīng)力蓋梁設(shè)計(jì)的影響因素分析

        2022-10-14 02:09:04張崢
        建筑與裝飾 2022年19期

        張崢

        廣東順設(shè)工程咨詢有限公司 廣東 佛山 528000

        引言

        近年來,為解決城市道路擁堵問題,城市交通建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不斷提高,城市高架橋承擔(dān)起立體化城市交通發(fā)展的重要一環(huán)。單幅橋梁為雙向六車道在城市高架橋中已經(jīng)很常見,以至于對(duì)于預(yù)制小箱梁來說,橋梁蓋梁橫向長(zhǎng)度達(dá)到25m以上。在此長(zhǎng)度下,蓋梁選擇普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)往往不經(jīng)濟(jì),需要較大的梁高或較多的墩柱;因此城市高架橋常常采用大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁。本文結(jié)合廣東省佛山市倫桂路項(xiàng)目中蓋梁的設(shè)計(jì),分析墩高、蓋梁跨徑等因素對(duì)蓋梁設(shè)計(jì)的影響。

        1 項(xiàng)目概況

        1.1 工程概況

        廣東省佛山市倫桂路項(xiàng)目,引橋上部結(jié)構(gòu)為30m跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁,橋?qū)?7.5m,采用單幅雙向六車道。下部結(jié)構(gòu)蓋梁長(zhǎng)27m,橋墩采用方柱式,基礎(chǔ)為承臺(tái)樁基礎(chǔ)。該橋梁設(shè)計(jì)速度80km/h,荷載等級(jí)為公路Ⅰ級(jí),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全等級(jí)為一級(jí)[1]。

        1.2 蓋梁尺寸

        預(yù)應(yīng)力蓋梁混凝土等級(jí)采用C40,鋼筋采用HRB400,鋼束采用ΦS15.24低松弛高強(qiáng)度鋼絞線,按A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件計(jì)算。為減少墩柱個(gè)數(shù),采用雙柱式大懸臂蓋梁,墩柱采用1.8×1.8m的方柱墩,立柱高度約2~10m,支座由左至右為支座1~9,結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示:

        圖1 蓋梁結(jié)構(gòu)尺寸圖

        2 蓋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響因素

        2.1 蓋梁受力特點(diǎn)

        蓋梁是連接上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部件,它通過支座承擔(dān)上部荷載,與橋墩剛性連接,使上部荷載得以較均勻地分配到橋墩,受力體系明確。蓋梁為典型的彎剪構(gòu)件,雖然在施工過程中和活載作用下,蓋梁還會(huì)承受扭矩,產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力,但數(shù)值很小且不是永久作用,一般不控制設(shè)計(jì)[1]。

        2.2 影響大懸臂蓋梁內(nèi)力的因素

        橋墩的高低對(duì)蓋梁內(nèi)力的計(jì)算有較大的影響,在最新的《公規(guī)》[2]規(guī)定墩臺(tái)蓋梁與橋墩宜按剛架計(jì)算。考慮到基礎(chǔ)土體對(duì)基礎(chǔ)的作用,若為樁柱式基礎(chǔ),墩底約束可設(shè)置彈性約束應(yīng)是更合理的,若為承臺(tái)樁基礎(chǔ)或樁頂有系梁連接的墩柱,可設(shè)置為剛性約束。本項(xiàng)目蓋梁跨徑較大,故需考慮橋墩對(duì)蓋梁的約束作用,蓋梁與墩柱按剛架計(jì)算;基礎(chǔ)為承臺(tái)樁基礎(chǔ),土體作用對(duì)橋墩影響不大,故將墩底設(shè)為剛性約束[2]。

        3 計(jì)算分析

        取上部恒載包括小箱梁、二期鋪裝(含護(hù)欄)以集中荷載形式加載至支座1~9位置處,恒載作用見表1,汽車荷載通過橫向布置按《通規(guī)》[3]進(jìn)行模擬。

        表1 蓋梁上部恒載作用

        3.1 墩高對(duì)蓋梁內(nèi)力的影響

        3.1.1 計(jì)算模型的建立。采用橋博V4.4,按照該項(xiàng)目蓋梁跨徑10m,跨中截面高度2.2m,分別建立間隔1m的墩高2~10m的蓋梁模型,墩底采用固定約束,建立橋博模型。

        3.1.2 計(jì)算結(jié)果分析。取蓋梁的跨中、支點(diǎn)處為控制截面,按基本組合計(jì)算得到跨中、支點(diǎn)截面處的蓋梁彎矩。結(jié)果見圖2。

        圖2 基本組合下不同墩高的蓋梁跨中處的彎矩包絡(luò)

        由圖2可以看出,蓋梁跨中彎矩由墩高控制,墩高在8m以下時(shí),基本組合下的最大彎矩為蓋梁下緣受拉,墩高超過8m,為上緣受拉。蓋梁跨中在基本組合下的最小彎矩均為上緣受拉。從圖2可以看出,隨著墩高的增加,蓋梁的彎矩包絡(luò)逐漸向蓋梁上緣受拉方向增大。

        3.2 蓋梁跨徑對(duì)蓋梁內(nèi)力的影響

        3.2.1 計(jì)算模型的建立。采用橋博V4.4,按照該項(xiàng)目跨中截面高度2.2m,墩高5m的尺寸,分別建立間隔1m的跨徑5~15m的蓋梁模型,墩底采用固定約束,建立橋博模型。

        3.2.2 計(jì)算結(jié)果分析。取蓋梁的跨中、支點(diǎn)處為控制截面,按基本組合計(jì)算得到跨中、支點(diǎn)截面處的蓋梁彎矩。計(jì)算見圖3、圖4。

        圖3 基本組合下不同跨徑的蓋梁跨中處的彎矩包絡(luò)

        圖4 基本組合下不同跨徑的蓋梁墩柱頂處的彎矩包絡(luò)

        由圖3可以看出,隨著蓋梁跨徑的增大,蓋梁跨中彎矩從上緣受拉向下緣受拉變化,基本組合下的最大彎矩在蓋梁跨徑小于8.5m時(shí)為上緣受拉,且彎矩隨蓋梁跨徑增大而減小;大于8.5m為下緣受拉,且彎矩隨蓋梁跨徑增大而增大?;窘M合下的最小彎矩在跨徑小于14m時(shí),上緣受拉,且彎矩隨跨徑增大而減小;跨徑超過14m,蓋梁下緣受拉,彎矩隨跨徑逐步增大?;窘M合下的跨中最大最小彎矩隨跨徑變化情況曲線幾乎一致[3]。

        從圖4可以看出,墩頂彎矩在跨徑為5m~15m之間均為上緣受拉,且彎矩大小隨跨徑的增加而減小。彎矩變化的速率幾乎為常數(shù),這是因?yàn)楫?dāng)蓋梁跨徑在5m~15m之間時(shí)蓋梁的墩頂彎矩仍以懸臂控制為主。實(shí)際上,經(jīng)過計(jì)算,墩頂彎矩以懸臂控制與跨徑控制的交界跨徑基本為15m,懸臂與跨徑比值約為0.4。

        4 結(jié)束語

        本文依托于佛山市倫桂路,對(duì)大懸臂蓋梁的內(nèi)力影響因素進(jìn)行探討,取蓋梁跨中、墩頂為控制截面,分析了墩高、蓋梁跨徑對(duì)蓋梁內(nèi)力的影響,主要得到以下幾點(diǎn)結(jié)論:

        隨著墩高的增加,蓋梁的跨中彎矩包絡(luò)逐漸由下緣受拉向以蓋梁上緣受拉轉(zhuǎn)變。

        隨著蓋梁跨徑的增大,蓋梁跨中彎矩從蓋梁上緣受拉向下緣受拉變化,當(dāng)為蓋梁下緣受拉時(shí),彎矩隨跨徑增大而增大。

        對(duì)于大懸臂蓋梁來說,墩頂彎矩的大小隨跨徑的增加而減小,此時(shí)的彎矩變化的速率幾乎為常數(shù)。當(dāng)懸臂與跨徑比值小于某一值時(shí)(對(duì)于本文蓋梁來說,此值為0.4),墩頂彎矩以跨徑控制,且隨跨徑增大而增大。

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