談常用跨徑橋梁上部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

摘要：橋梁使用壽命的縮短主要原因是其上部結(jié)構(gòu)的損壞，針對(duì)這種情況，本文主要對(duì)現(xiàn)常用跨徑橋梁上部結(jié)構(gòu)的布置設(shè)計(jì)與預(yù)應(yīng)力鋼束布置設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的闡述。

關(guān)鍵詞：上部結(jié)構(gòu)，主梁截面；預(yù)應(yīng)力鋼束

橋梁的建設(shè)在我國公路工程中占有相當(dāng)大的比例，無論是公路橋染或者城市橋梁，其中大部分是鋼筋混凝土梁式橋。其中中小跨徑(也可以說是常用跨徑)橋梁無論規(guī)模、數(shù)量更是占優(yōu)。所以對(duì)中小跨徑橋梁進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)于增強(qiáng)整座大橋或特大橋的耐久性和使用性能，加速工程建設(shè)均具有重要意義。上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括：總體的布置；結(jié)構(gòu)形式和體系的研究；材料的選擇，按確定的方案或比較方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，選定部件的具體尺寸。對(duì)新型上部結(jié)構(gòu)，一般尚須經(jīng)過設(shè)計(jì)的方案比較、模型試驗(yàn)或局部試驗(yàn)，然后對(duì)建成的橋跨進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和分析。

一、上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)布置

本設(shè)計(jì)是橋梁跨徑(下文中為35m)跨徑設(shè)計(jì)，即在跨徑和橋面凈空已確定的條件下進(jìn)行規(guī)格化的構(gòu)造布置。以下便簡(jiǎn)述這一布置過程。

1.主梁間距與主梁片數(shù)

主梁間距通常應(yīng)隨梁高與跨徑的增大而加寬為經(jīng)濟(jì)，同時(shí)加寬翼板對(duì)提高主梁截面效率指標(biāo)ρ很有效，故在許可條件下應(yīng)適當(dāng)加寬T梁翼板。但標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)主要為配合各種橋面度，使橋梁尺寸標(biāo)準(zhǔn)化而采用統(tǒng)一的主梁間距。交通部《公路橋涵標(biāo)準(zhǔn)圖》中，鋼混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土裝配式簡(jiǎn)支T形梁跨徑從16m到40m，主梁間距均為1.6m(留2cm工作縫，T梁上翼緣寬度為158cm)。考慮人行道適當(dāng)挑當(dāng)，橋?qū)拕t選用五片主梁。

2.主梁跨中截面主要尺寸擬定

(1)主梁高度

預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁橋的主梁高度與其跨徑之比通常在1／15—1／25之間，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中高跨比約在1／18—1／19之間。當(dāng)建筑高度不受限制時(shí)，增大梁高往往是較經(jīng)濟(jì)的方案，因?yàn)樵龃罅焊呖晒?jié)省預(yù)應(yīng)和鋼束用量，同時(shí)梁高加大—般只是腹板加高，而混凝土用量增加不多。綜上所述，在設(shè)計(jì)中對(duì)于35m跨徑的簡(jiǎn)支梁橋取用230cm的主梁高度是比較合適的。

(2)主梁截面細(xì)部尺寸

T梁翼板的厚度主要取決于橋面板承受車輪局部荷載的要求，還應(yīng)考慮能否滿足主梁受彎時(shí)翼板受壓的強(qiáng)度要求。本橋預(yù)制T梁的翼板厚度取用8cm，翼板根部加厚到20cm以抵抗翼緣根部的較大的彎矩。為使冀板與腹連接和順，在截在轉(zhuǎn)角處充置圓角，以減小局部應(yīng)力和便于脫模。

在預(yù)應(yīng)力混凝土梁中腹板內(nèi)主拉應(yīng)力甚小，腹板厚度一般由布置制孔管的構(gòu)造決定，同時(shí)從腹板本身的稱定條件出發(fā)，腹板不宜小于其高度的1／15。該梁的T梁腹板厚度均取16cm。馬蹄尺寸基本由布置預(yù)應(yīng)力鋼束的需要確定的，設(shè)計(jì)實(shí)踐表明，馬蹄面積占截面總在積的10％—20％為合適。本設(shè)計(jì)考慮到主梁需要配置較多的鋼束，將鋼束按三層布置每排三束，同時(shí)還根據(jù)“公預(yù)規(guī)”對(duì)鋼束凈距及預(yù)留管道的構(gòu)造要求，初擬馬蹄寬度36cm，高度28cm。馬蹄與腹板交接處做成45°斜坡的折線鈍角，以減小局部應(yīng)力。如此布置的馬蹄面積約占整個(gè)截面積的180。

3.橫截面沿跨長(zhǎng)的變化

設(shè)計(jì)主梁采用等高度形式，橫截面的T梁翼扳厚度沿跨長(zhǎng)不變，馬蹄部分為配合鋼束彎起而從四分點(diǎn)開始向支點(diǎn)逐漸抬高。梁端部區(qū)段由于集中力的作用而引起較大的局部應(yīng)力，也因布置錨具的需要，在距梁端一倍梁高范圍內(nèi)(230m)將腹板加厚到與馬蹄同寬。變化點(diǎn)截面(腹板開始加厚處)到支點(diǎn)的距離為206cm，中間不設(shè)置一節(jié)長(zhǎng)度為30cm的腹板加厚過渡段。

4.橫隔梁的設(shè)置

模型試驗(yàn)結(jié)果表明，在荷載作用處的主梁彎矩橫向分布，當(dāng)該處有內(nèi)橫隔梁時(shí)它比較均勻，否則直接在荷載作用下的主梁彎矩很大。為減小對(duì)主梁設(shè)計(jì)起主要控制作用的跨中彎矩，在跨中設(shè)置一道中橫隔梁；當(dāng)跨度較大時(shí)，四分點(diǎn)處也宜設(shè)置內(nèi)橫隔梁。

二、預(yù)應(yīng)力鋼束布置

根據(jù)“公預(yù)規(guī)”規(guī)定，預(yù)應(yīng)力梁應(yīng)滿足使用階段的應(yīng)力要求和承載能力極限狀態(tài)的強(qiáng)度條件。以下就跨中截面各種荷載組合下，分別按照上述要求對(duì)各主梁所需的鋼束數(shù)進(jìn)行估算，并且按這些估算鋼束數(shù)的多少確定各梁的配束。對(duì)于全預(yù)應(yīng)力梁，希望在彈性階段工作，同時(shí)邊主梁與中間主梁所需的鋼束數(shù)相差不多，為方便鋼束布置和施工，各主梁統(tǒng)一確定為8束。

1.確定跨中及錨固端截面的鋼束位置

(1)對(duì)于跨中截面，在保證布置預(yù)留管道構(gòu)造要求的前提下，盡可能使鋼束群重心的偏心距大些。本設(shè)計(jì)采用直徑5cm抽撥橡膠管成型的管道，根據(jù)“公預(yù)規(guī)”規(guī)定，取管道凈距4cm，至梁底凈距5cm。由此可直接得出鋼束群重心至梁底距離為15.4米。

(2)為了方便張拉操作，本設(shè)計(jì)將所有鋼束都錨固在梁端，對(duì)于錨固端截面，鋼束布置通?？紤]下述兩個(gè)方面：—是預(yù)應(yīng)力鋼束含力重心盡可能性靠近截面形心，使截面均勻受壓，二是考慮錨頭布置的可能性，以滿足張拉操作方便等要求。按照上述錨頭布置的“均勻”“分散”等原則，鋼束群重心至梁底距離為80.6米。

2.鋼束起彎角和線型的確定

確定鋼束起彎角時(shí)，既要照顧到因其彎起所產(chǎn)生的豎向預(yù)剪力有足夠的數(shù)量，又要考慮到由其增大而導(dǎo)致摩擦預(yù)應(yīng)力損失不宜過大。為此，本設(shè)計(jì)將錨固端截面分成上、下兩部分(見圖2—13所示)，上部鋼束的彎起角初定為10°，相應(yīng)鋼束的豎向間距暫定為25cm(先按此計(jì)算，若發(fā)現(xiàn)不妥還可重新調(diào)整，以下同)；下部鋼束彎起角初定為7.5°，相應(yīng)的鋼束豎向間距為30cm。為簡(jiǎn)化計(jì)算和施工，所有鋼束布置的線型均選用兩端為圓弧中間再加一段直線，并且整根柬都布置在同一個(gè)豎直面內(nèi)。

參考文獻(xiàn)：

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