大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁的設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用

郝 一 果

(太原市市政工程設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁的設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用

郝 一 果

(太原市市政工程設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

結(jié)合太原市某高架橋的實(shí)際地形，簡(jiǎn)要介紹了預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋的大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁的設(shè)計(jì)實(shí)例，為今后類似工程提供參考。

大懸臂，預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁，設(shè)計(jì)

在城區(qū)范圍內(nèi)，橋梁建設(shè)受周邊環(huán)境影響很大，一方面受上、下部結(jié)構(gòu)造型影響，另一方面受周邊規(guī)劃用地情況等約束。對(duì)于高架橋而言，橋下既要有足夠的行車空間，還要使橋梁整體造型與周圍環(huán)境總體協(xié)調(diào)，另外，城市橋梁受工期因素制約很大，因此，城市橋梁的上部結(jié)構(gòu)一般采用預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)要滿足橋下行車空間和視野通透的要求。

太原市某高架橋主線上部結(jié)構(gòu)為預(yù)制裝配式預(yù)應(yīng)力連續(xù)T梁，同時(shí)為滿足輔路行車空間并兼顧美觀要求，該路段需設(shè)獨(dú)柱大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁。

1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

本工程道路設(shè)計(jì)等級(jí)為城市主干道，設(shè)計(jì)車速為60 km，高架橋?yàn)橹骶€雙向六車道，橋面寬23.5 m，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100年，汽車荷載等級(jí)為城—A級(jí)。

2 蓋梁設(shè)計(jì)

蓋梁作為橋梁結(jié)構(gòu)中承上啟下的重要構(gòu)件，將上部結(jié)構(gòu)的恒載和活載傳遞給下部的墩柱和基礎(chǔ)。實(shí)際工程中，由于橋梁的跨徑、斜度、橋?qū)挕⒑奢d標(biāo)準(zhǔn)等的變化，使蓋梁各有其特殊性，這就需要對(duì)蓋梁通過(guò)一系列的計(jì)算來(lái)完成設(shè)計(jì)。

2.1蓋梁構(gòu)造尺寸

本工程兩側(cè)建筑物較多，輔路需要充分利用橋下空間，同時(shí)，由于墩高約30 m，結(jié)合景觀設(shè)計(jì)，主線橋墩采用矩形空心薄壁墩，蓋梁采用“T”形大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁，矩形橋墩尺寸為700 cm×240 cm，蓋梁懸臂根部高350 cm，端部高150 cm，蓋梁全長(zhǎng)2 225 cm，兩端懸臂各長(zhǎng)762.5 cm，具體構(gòu)造尺寸見圖1。

2.2蓋梁預(yù)應(yīng)力布置

根據(jù)蓋梁的截面尺寸、受力特點(diǎn)，初步確定鋼束布置位置、線形和數(shù)量，然后對(duì)施工階段和成橋階段進(jìn)行驗(yàn)算，最終確定預(yù)應(yīng)力布置方案，見圖2。

蓋梁預(yù)應(yīng)力采用后張法張拉施工工藝，蓋梁主體及封錨均采用C50混凝土，蓋梁中布置了13束預(yù)應(yīng)力鋼束，其中，T1,T2共10束，采用9-φs15.2高強(qiáng)低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，T3共3束，采用5-φs15.2鋼絞線，鋼絞線抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為fpk=1 860 MPa，彈性模量Ep=1.95×105MPa。預(yù)應(yīng)力管道分別采用D80和D60的金屬波紋管，管道局部偏差影響系數(shù)K=0.001 5，管道摩阻系數(shù)μ=0.2，錨具回縮變形6 mm，錨下張拉控制應(yīng)力為1 320.6 MPa。T1,T2為單端張拉，張拉端伸長(zhǎng)量14.3 cm，T3為雙向張拉，張拉端伸長(zhǎng)量7.4 cm。各鋼束除轉(zhuǎn)折點(diǎn)外，定位鋼筋網(wǎng)片每間隔0.8 m(直線段)，0.5 m(曲線段)設(shè)置一處并焊接牢固，錨墊板必須與鋼絞線保持垂直，張拉完畢后，鋼絞線留長(zhǎng)3 cm～5 cm，嚴(yán)禁用電弧切割。

2.3預(yù)應(yīng)力蓋梁的受力分析

蓋梁采用橋梁通用軟件《橋梁博士》建模計(jì)算，共劃分為20個(gè)單元，采用軟件橫向加載功能進(jìn)行蓋梁的設(shè)計(jì)計(jì)算。利用平面桿系單元程序模擬蓋梁計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)是建模快、計(jì)算簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是局部區(qū)域(如墩柱與蓋梁連接處及支座墊石附近等)應(yīng)力可能偏差較大，但精度足以滿足工程要求，通過(guò)適當(dāng)?shù)臉?gòu)造處理可避免局部的不利狀況。

由于該橋上部結(jié)構(gòu)為T梁，支座間距2.3 m，橫向計(jì)算時(shí)，不能直接將車輪加載于蓋梁上。為此，在蓋梁頂設(shè)置了虛擬橋面單元來(lái)模擬行車道板，蓋梁與相應(yīng)虛擬橋面單元進(jìn)行主從約束連接。各工況下應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見圖3～圖6，各圖僅示出了一半蓋梁(1號(hào)～10號(hào)單元，其中，1號(hào)～7號(hào)單元處于懸臂范圍)。

根據(jù)現(xiàn)行《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》，長(zhǎng)期效應(yīng)組合作用下，預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁不應(yīng)出現(xiàn)拉應(yīng)力；短期效應(yīng)組合作用下，預(yù)應(yīng)力構(gòu)件拉應(yīng)力、主拉應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)0.7×2.65=1.86 MPa；最大壓應(yīng)力、主壓應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)0.5×32.4=16.2 MPa；根據(jù)計(jì)算結(jié)果，蓋梁在長(zhǎng)期、短期效應(yīng)組合作用下均受壓；最大壓應(yīng)力、最大主壓應(yīng)力分別為7.6 MPa和7.7 MPa，均滿足規(guī)范要求。

經(jīng)計(jì)算，蓋梁承載力極限狀態(tài)下的抗彎強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度均滿足要求，此處未予列出，此外，懸臂蓋梁在活載作用下會(huì)出現(xiàn)承受扭矩的情況，但數(shù)值一般較小，實(shí)際設(shè)計(jì)中，主要考慮蓋梁彎剪作用，通過(guò)普通鋼筋的加強(qiáng)布置來(lái)滿足抗扭的要求。

3 蓋梁施工

預(yù)應(yīng)力蓋梁的施工順序如下：

1)現(xiàn)澆蓋梁混凝土。蓋梁尺寸較大，混凝土澆筑時(shí)需采取措施降低水化熱的影響，提前做好施工養(yǎng)護(hù)的方案并嚴(yán)格執(zhí)行。

2)待混凝土強(qiáng)度、彈性模量均達(dá)到設(shè)計(jì)值的95%且不小于7 d的齡期后方可張拉，張拉時(shí)采用應(yīng)力、伸長(zhǎng)量“雙控”。

3)鋼束張拉順序:由內(nèi)向外、均勻?qū)ΨQ張拉2T1,2T2→1T3→2T1,2T2→2T3→1T1,1T2→壓漿、補(bǔ)強(qiáng)鋼筋封錨。

4)待壓漿達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度95%且不小于7 d后，由內(nèi)向外對(duì)稱吊裝架設(shè)主梁。

5)澆筑濕接頭、橫隔板、橋面鋪裝等。

4 結(jié)語(yǔ)

預(yù)應(yīng)力蓋梁作為橋梁工程中承上啟下的重要構(gòu)件，一般需要做特殊設(shè)計(jì)，這就需要在明確蓋梁受力原理的基礎(chǔ)上，預(yù)設(shè)控制目標(biāo)，并有很強(qiáng)的責(zé)任心來(lái)反復(fù)調(diào)整、驗(yàn)算，才能達(dá)到滿足受力、節(jié)省材料、便于施工的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

該工程建成投入使用以來(lái)，在滿足了主線、輔路分離的同時(shí)，節(jié)省了橋下空間，也提升了該段道路的景觀效果，取得了良好的社會(huì)效益。

[1] JTJ D62—2004,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 王銀橋，李朝暉，陳 泉,等.大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁受力特性分析[J].城市道橋與防洪，2007(5)：100-102.

Thedesignandapplicationoflargecantileverpre-stressedconcretecapbeam

HaoYiguo

(TaiyuanMunicipalEngineeringDesignandResearchInstitute,Taiyuan030002,China)

Combined with the actual terrain of a viaduct bridge located at Taiyuan, it simply introduces the design of large cantilever pre-stressed concrete cap beam in the paper， which provide the design experience to the similar bridge in the future.

large cantilever, pre-stressed concrete cap beam, design

1009-6825(2017)29-0172-02

2017-08-05

郝一果(1981- )，男，工程師

U448.35

A