大懸臂預應力混凝土蓋梁的設計及工程應用

郝 一 果

(太原市市政工程設計研究院，山西 太原 030002)

大懸臂預應力混凝土蓋梁的設計及工程應用

郝 一 果

(太原市市政工程設計研究院，山西 太原 030002)

結(jié)合太原市某高架橋的實際地形，簡要介紹了預應力混凝土T梁橋的大懸臂預應力混凝土蓋梁的設計實例，為今后類似工程提供參考。

大懸臂，預應力混凝土蓋梁，設計

在城區(qū)范圍內(nèi)，橋梁建設受周邊環(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)為預制裝配式預應力連續(xù)T梁，同時為滿足輔路行車空間并兼顧美觀要求，該路段需設獨柱大懸臂預應力混凝土蓋梁。

1 設計標準

本工程道路設計等級為城市主干道，設計車速為60 km，高架橋為主線雙向六車道，橋面寬23.5 m，結(jié)構(gòu)設計基準期為100年，汽車荷載等級為城—A級。

2 蓋梁設計

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。實際工程中，由于橋梁的跨徑、斜度、橋?qū)挕⒑奢d標準等的變化，使蓋梁各有其特殊性，這就需要對蓋梁通過一系列的計算來完成設計。

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，由于墩高約30 m，結(jié)合景觀設計，主線橋墩采用矩形空心薄壁墩，蓋梁采用“T”形大懸臂預應力混凝土蓋梁，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2 225 cm，兩端懸臂各長762.5 cm，具體構(gòu)造尺寸見圖1。

2.2蓋梁預應力布置

根據(jù)蓋梁的截面尺寸、受力特點，初步確定鋼束布置位置、線形和數(shù)量，然后對施工階段和成橋階段進行驗算，最終確定預應力布置方案，見圖2。

蓋梁預應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束預應力鋼束，其中，T1,T2共10束，采用9-φs15.2高強低松弛預應力鋼絞線，T3共3束，采用5-φs15.2鋼絞線，鋼絞線抗拉強度標準值為fpk=1 860 MPa，彈性模量Ep=1.95×105MPa。預應力管道分別采用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，錨下張拉控制應力為1 320.6 MPa。T1,T2為單端張拉，張拉端伸長量14.3 cm，T3為雙向張拉，張拉端伸長量7.4 cm。各鋼束除轉(zhuǎn)折點外，定位鋼筋網(wǎng)片每間隔0.8 m(直線段)，0.5 m(曲線段)設置一處并焊接牢固，錨墊板必須與鋼絞線保持垂直，張拉完畢后，鋼絞線留長3 cm～5 cm，嚴禁用電弧切割。

2.3預應力蓋梁的受力分析

蓋梁采用橋梁通用軟件《橋梁博士》建模計算，共劃分為20個單元，采用軟件橫向加載功能進行蓋梁的設計計算。利用平面桿系單元程序模擬蓋梁計算的優(yōu)點是建模快、計算簡單，缺點是局部區(qū)域(如墩柱與蓋梁連接處及支座墊石附近等)應力可能偏差較大，但精度足以滿足工程要求，通過適當?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，橫向計算時，不能直接將車輪加載于蓋梁上。為此，在蓋梁頂設置了虛擬橋面單元來模擬行車道板，蓋梁與相應虛擬橋面單元進行主從約束連接。各工況下應力計算結(jié)果見圖3～圖6，各圖僅示出了一半蓋梁(1號～10號單元，其中，1號～7號單元處于懸臂范圍)。

根據(jù)現(xiàn)行《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》，長期效應組合作用下，預應力混凝土蓋梁不應出現(xiàn)拉應力；短期效應組合作用下，預應力構(gòu)件拉應力、主拉應力不應超過0.7×2.65=1.86 MPa；最大壓應力、主壓應力不應超過0.5×32.4=16.2 MPa；根據(jù)計算結(jié)果，蓋梁在長期、短期效應組合作用下均受壓；最大壓應力、最大主壓應力分別為7.6 MPa和7.7 MPa，均滿足規(guī)范要求。

經(jīng)計算，蓋梁承載力極限狀態(tài)下的抗彎強度和抗剪強度均滿足要求，此處未予列出，此外，懸臂蓋梁在活載作用下會出現(xiàn)承受扭矩的情況，但數(shù)值一般較小，實際設計中，主要考慮蓋梁彎剪作用，通過普通鋼筋的加強布置來滿足抗扭的要求。

3 蓋梁施工

預應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，混凝土澆筑時需采取措施降低水化熱的影響，提前做好施工養(yǎng)護的方案并嚴格執(zhí)行。

2)待混凝土強度、彈性模量均達到設計值的95%且不小于7 d的齡期后方可張拉，張拉時采用應力、伸長量“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、補強鋼筋封錨。

4)待壓漿達到設計強度95%且不小于7 d后，由內(nèi)向外對稱吊裝架設主梁。

5)澆筑濕接頭、橫隔板、橋面鋪裝等。

4 結(jié)語

預應力蓋梁作為橋梁工程中承上啟下的重要構(gòu)件，一般需要做特殊設計，這就需要在明確蓋梁受力原理的基礎上，預設控制目標，并有很強的責任心來反復調(diào)整、驗算，才能達到滿足受力、節(jié)省材料、便于施工的設計目標。

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

[1] JTJ D62—2004,公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S].

[2] 王銀橋，李朝暉，陳 泉,等.大懸臂預應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