城市高架橋梁橫向預應力鋼束布置研究

于微微 馮家駿 王漢席 王龍偉 吳宜鳳

(1.長春市海威市政工程設計有限公司，吉林 長春 130062； 2.長春建業集團有限公司，吉林 長春 130000)

城市高架橋梁橫向預應力鋼束布置研究

于微微1馮家駿2王漢席1王龍偉1吳宜鳳1

(1.長春市海威市政工程設計有限公司，吉林 長春 130062； 2.長春建業集團有限公司，吉林 長春 130000)

結合工程實例，對高架橋橫向預應力布置的方法開展了研究，分析了鋼束布置偏上、布置在截面中心以及布置偏下三種方式的合理性，提出在支點處采用下彎預應力鋼束形式，達到降低鋼束正彎矩的目的，進而滿足A類預應力混凝土構件的抗裂性要求，降低工程成本。

高架橋梁，預應力混凝土，鋼束布置，抗裂性

城市交通的發展，促進了高架橋梁修建。為滿足橋上和橋下行車空間的功能和外觀造型美觀的需要，以及與周圍的建筑環境相協調，城市高架橋梁大多采用單箱多室大挑臂的結構形式[1,2]。為了滿足大挑臂的受力要求，需要對橋梁施加橫向預應力[3,4]。一般橋面板計算可在箱梁的跨中部分截取單位長度的梁段，在橫向按框架進行計算，在主梁的每個腹板位置設置約束[5,6]。對于橋梁單箱多室結構，因約束較多，橫向預應力鋼束的布置比較困難。在以前的設計中，橋面板部分單元一般都無法滿足橋涵設計規范[7]6.3抗裂驗算中A類預應力混凝土構件的抗裂性要求[8]。綜合考慮橋梁箱梁和墩臺結構形式特點，從抗裂要求的角度分析研究[9]，將具有重要意義。本文以長春市兩縱兩橫高架橋具體工程實例為背景，介紹一種高架橋橫向預應力布置的方法，在橋面板部分單元滿足A類預應力混凝土構件抗裂性要求的同時，降低工程成本。

1 高架橋梁結構布置及計算模型選擇

長春市兩縱兩橫高架橋，標準段寬度25 m，橫斷面布置為單箱5室的大挑臂結構形式，兩側懸臂板長3 m，標準段主梁高2 m,橫斷面布置如圖1所示。

從箱梁的跨中部分截取1 m長度的梁段，在橫向按框架進行計算，在主梁的每個腹板位置設置約束。采用Midas Civil 2010建立模型如圖2所示。

2 高架橋梁初始橫向預應力鋼束布置

2.1 鋼束布置偏上

最初在進行橫向預應力鋼束布置的時候[10-12]，做法和以往的設計一樣。橋面板橫向預應力鋼束沿橋梁縱向每隔0.5 m布置一束，每束采用4φs15.2的高強度低松弛預應力鋼絞線，在箱室部分鋼束布置偏上，鋼束線形為直線，具體布置如圖3所示。預應力鋼束坐標見表1。

表1 預應力鋼束坐標(一) m

這種鋼束布置方式，在作用長、短期效應組合下，橋面板各截面大部分截面拉應力都超過了規范規定的數值，在懸臂根部的9單元最大拉應力達到了-3.905 MPa，根本無法滿足規范對預應力混凝土A類構件的抗裂性要求。

2.2 鋼束布置在截面中心

第一種情況鋼束布置的比較偏上，使頂板與腹板連接部位單元的下緣拉應力很大，應該把鋼束位置向下調整，移到截面中心，在箱室部分鋼束仍然按照直線形式布置，預應力鋼束坐標見表2。

表2 預應力鋼束坐標(二) m

在作用長、短期效應組合下，雖然正截面拉應力有所減小，但是改善不多，大部分截面拉應力也都超過了規范規定的數值，在第二個支點根部的14單元最大拉應力達到了-3.514 MPa，這種鋼束布置形式也不能滿足規范要求。

2.3 鋼束布置偏下

鋼束繼續下移，把鋼束位置調整到截面中心偏下，在箱室部分鋼束還按照直線形式布置，預應力鋼束坐標見表3。鋼束偏下布置。

表3 預應力鋼束坐標(三) m

在作用長、短期效應組合下，拉應力仍然很大，在第二個支點根部的14單元最大拉應力達到了-3.469 MPa。

從以上三種情況可以看出，支點附近截面下緣的拉應力都很大，正截面抗裂性都不能滿足規范要求。在箱室部分預應力鋼束從上邊一直移到下邊，可是支點附近截面下緣的拉應力并沒有多少改善[18]。通過研究分析預應力鋼束產生的一、二次彎矩，發現鋼束布置偏上時，一次正彎矩較大，但二次彎矩的數值是負的，一、二次彎矩疊加后的結果變小。鋼束布置偏下時，一次正彎矩減小，但是二次彎矩的數值由原來的負值變成了正值，一、二次彎矩疊加后的總彎矩與鋼束布置偏上時的結果比較減小很少，所以抗裂性都不能滿足要求。這說明在箱室部分鋼束按直線形式布置是不可行的。這與普通連續梁有所區別，普通連續梁鋼束在支點位置布置在上邊，但是由于本梁在支點位置截面變化過快，所以支點截面下緣拉應力太大，鋼束在支點附近必須下彎。

3 高架橋梁最后橫向預應力鋼束布置

通過以上分析可知，支點附近截面下緣的拉應力大，這是由于預應力鋼束在這個位置產生的正彎矩大引起的。為了減小預應力鋼束產生的正彎矩，在支點處將預應力鋼束下彎，鋼束布置形狀如圖4所示，預應力鋼束坐標見表4。

在作用長、短期效應組合下，橋面板各截面應力如圖5所示。大部分截面拉應力都滿足規范規定的數值，只有7，8單元由于結構布置的原因，長期作用下拉應力為-1.269 MPa，超過了規范要求，但數值不大，不影響結構使用。

表4 預應力鋼束坐標(四) m

4 結語

1)雖然單箱多室箱梁橋面板的預應力鋼束布置比較困難，但是通過研究分析采取合理的方法還是可以使布置的鋼束滿足截面的抗裂性要求。

2)本文提出的鋼束布置方法對于城市高架橋梁設計中常用的單箱多室大挑臂結構的橫向預應力鋼束布置具有很好的借鑒作用。

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Research on lateral prestressed tendon arrangement of urban viaduct

Yu Weiwei1Feng Jiajun2Wang Hanxi1Wang Longwei1Wu Yifeng1

(1.ChangchunHaiweiMunicipalEngineeringDesignCo.,Ltd,Changchun130062,China;2.ChangchunJianyeGroupCo.,Ltd,Changchun130000,China)

Combining with the engineering examples, the paper researches from the lateral prestressed arrangement methods for the viaducts, analyzes the reasonability from the upper tendon arrangement, arrangement at the center of the section, and lower arrangement, points out the adoption of the bending prestressed tendon to lower the tendon sagging moment to meet the crack resistance of the type A prestressed concrete components and lower engineering cost.

viaduct, prestressed concrete, tendon arrangement, crack-resistance

2015-05-23

于微微(1984- )，女，工程師； 馮家駿(1980- )，男，工程師； 王漢席(1978- )，男，高級工程師； 王龍偉(1982- )，男，工程師

1009-6825(2015)22-0179-03

U448

A