門式剛構預應力設計探討

劉建輝

（深圳遠征天元建筑設計有限公司，廣東 深圳 518048）

門式剛構預應力設計探討

劉建輝

（深圳遠征天元建筑設計有限公司，廣東 深圳 518048）

以實際工程為例，介紹了深圳南山區后海填海區中心路北段單跨23 m門式剛構橋設計，分析了門式剛構預應力設計的的方法，該橋的設計可為同類橋梁工程設計提供參考。

門式剛構橋；梁高；預應力；內力

0 引言

隨著橋梁設計技術的提高、計算軟件的完善，對橋梁的景觀設計要求越來越高。在單孔橋中除簡支梁橋以外，還有門式剛構橋和斜腿剛構橋。而門式剛構橋是較好的可選橋型，特別是當橋面標高受到限制且河中不允許設置橋墩時尤其如此。當跨徑較小時門式剛構橋可以采用普通鋼筋混凝土結構，而對于跨徑較大的門式剛構橋則需要在梁體設置預應力束。門形剛構橋為超靜定結構，在附加荷載作用下，會產生內力，當支承剛度較大時，引起內力更大，即預加應力、混凝土收縮、徐變以及結構溫度產生的效應，這樣設計時應盡量讓結構足夠的柔，有利于梁體設計。現以實際工程設計為例，探討預應力設計的方法。

1 工程概況

中心路位于廣東深圳后海濱路的東側，科苑大道的西側,呈南北走向，北起于環北路，東至望海路，中央綠化帶布有一條中心河（中央綠化帶及中心河由深圳水規院設計），以東濱路為界劃分為中心路北段和中心路南段。其中，中心路北段位于深圳市南山后海中心區范圍內，南山后海中心區由濱海大道、沙河西路、東濱路以及后海濱路形成邊界。本橋位于中心路北段，橋梁所跨越的中心河作為景觀綠化帶，為了配合景觀設計方案，在該橋位修建橋梁時，溝中不設置墩臺。經方案比選，并根據管委會的要求和有關部門同意，確定采用門式剛構橋方案。主要技術標準：1)設計時速：30 km／h。2)設計荷載：汽車：公路—Ⅰ級；人群3．5 kN／m2。3)橋寬布置：3.50 m(人行道) +1.50 m(分隔帶)+3.50 m(行車道)+3.50 m(行車道) +1.50 m(分隔帶)+3.50 m(人行道)=17．0 m。4)橋上縱坡：1．408%；橋面橫坡：1．5%。5)地震基本烈度：地震基本烈度為6度，地震動峰值加速度系數為0．05g。

2 結構總體設計

2.1橋型布置

橋梁孔跨布置受規劃路路面標高5.436m，景觀設計溝底標高2.20 m、景觀河寬度以及觀景平臺的影響。由于受橋下凈空要求限制，必須采用相對較小的梁高，綜合考慮箱形結構和現澆空心板結構，采用現澆空心板結構能較好的滿足降低梁高的要求。為了進一步減小梁的高度，將梁根部設計一個倒角，這樣既符合受力要求，又使得建成后的橋梁整體上比較美觀。門式剛構由豎撐以及支承其上的梁體組成，基礎采用鉆孔灌注樁。

本橋跨徑為23米，縱向隨道路設計線變化，梁高1．0 m（1/23），在梁端處設50 cm×50 cm的倒角，豎撐高4．7 m，豎撐結構中心線與承臺頂面中點距為2.10 m。梁體預應力混凝土結構，豎撐為普通鋼筋混凝土結構。為景觀設計要求，兩側設置清水混凝土擋土墻。結構設計采用梁格分析方法，整體建模計算。模型如圖1所示。

圖1 整體模型示意圖(單位：cm)

2.2 橋梁橫向設計

為了考慮橋下景觀要求，橋梁橫向按道路全寬單幅橋設計，梁體采用現澆空心板結構。箱梁頂寬17 m，空心板頂、底板均為0．2 m等厚，腹板厚為0.25 m。梁高1.0m。

2.3 基礎設計

為了抵抗較大的基頂水平推力和彎矩，設計采用了群樁基礎，全橋的每側采用10根兩排1．2 m鉆孔灌注樁，承臺厚2 m。

2.4 預應力體系

梁體縱向采用國家標準預應力鋼絞線，單根鋼絞線直徑15．2 mm，鋼絞線面積A=139mm2，標準抗拉強度fPK=l 860 MPa，張拉控制應力采用0．75fPK，彈性模量E=1．95×105Mpa。梁部縱向束布置方式為：底、頂板不設通長束；全部為腹板通長彎起束，兩端張拉，錨于梁端。

2.5 主要建筑材料

梁體、豎撐采用C50混凝土，承臺為C30混凝土，鉆孔樁為C30水下混凝土，梁體預應力束為1860級低松弛15．2 mm鋼絞線。

3 預應力設計分析

3.1 門式剛架內力分析

由于本橋結構無支座，所受的內力和連續梁結構的內力具有很大的差異，因此門式剛架的預應力設計，需要單獨分析和設計。

3.2 門式剛架預應力設計

在設計門式剛架預應力時，采取兩種預應力形式進行比較，一種采取慣常的方法，按照內力圖設計預應力的方法，如圖2所示。另一種參考荷載平衡方法-預應力結構設計（林同炎），如圖3所示。

圖3 預應力設計方法二

經過計算設計比較，采取荷載平衡的方法，更能改善門式剛架結構的內力，而且線型簡單利于調整，所以采取第二種預應力設計方法。在計算中，需要注意結構次內力的影響。

4 結語

隨著社會的發展，人們對城市橋梁建設的要求越來越高，一方面由于橋下凈空限制，對橋梁孔跨和建筑高度提出了新的要求；另一方面由于景觀需要，更加注重橋梁造型。對于單孔橋，雖然簡支結構比較經濟，但滿足不了上述兩點要求。文中介紹的門式剛構橋是比較好的橋型之一，可為同類工程的設計提供參考。

[1]劉效堯，趙立成．公路橋涵設計手冊——梁橋(下)[M]．北京：人民交通出版社，2000．

[2]CJJ 77—98，城市橋梁設計荷載標準[S]．

[3]JTGl)62—2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S] ．

[4]范立礎．預應力混凝土連續梁橋[M]．北京：人民交通出版，1988．

[5]林同炎．預應力結構設計．北京：中國鐵道出版社，1983．

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1007-6344（2015）06-0080-01