考慮鋼束施工偏差的預(yù)應(yīng)力混凝土實(shí)心板橋配束設(shè)計(jì)

鳳躍森，高翊宸

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考慮鋼束施工偏差的預(yù)應(yīng)力混凝土實(shí)心板橋配束設(shè)計(jì)

鳳躍森，高翊宸

（中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西西安，710068）

本文分析了預(yù)應(yīng)力混凝土實(shí)心板橋的截面特性及配束特點(diǎn)，針對(duì)施工中可能存在的施工偏差，對(duì)配束設(shè)計(jì)及指標(biāo)控制給出了建議，保證了橋梁使用性能，可供同類橋梁設(shè)計(jì)參考。

實(shí)心板橋；施工偏差；配束設(shè)計(jì)

引言

黑山南北高速公路項(xiàng)目是由黑山交通與海事部主導(dǎo)建設(shè)的重點(diǎn)公路基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目,南起黑山巴爾(Bar)港,北至塞爾維亞南部邊境城市伯利亞雷(Boljare),貫穿黑山全國,為該國第一條高速公路,建成后將并入國際公路交通網(wǎng),連接中部歐洲的多個(gè)國家,帶動(dòng)黑山整體經(jīng)濟(jì)發(fā)展,對(duì)于該國具有十分重要的意義[1]。

項(xiàng)目位于波德戈里察北部山區(qū)，海拔高差大，地勢起伏明顯，新建路段以橋梁和隧道工程為主，橋隧比近60%，是黑山政府南北交通規(guī)劃中技術(shù)難度和施工難度最大的一條公路。因此，橋梁設(shè)計(jì)是項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

根據(jù)當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)習(xí)慣、項(xiàng)目簽訂的合同及技術(shù)要求，常規(guī)中小跨徑橋梁上部結(jié)構(gòu)需采用預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)-連續(xù)實(shí)心板梁[2]。

鑒于預(yù)應(yīng)力混凝土實(shí)心板橋的受力特點(diǎn)，本文擬對(duì)施工偏差對(duì)于其性能的影響進(jìn)行分析，并給出設(shè)計(jì)階段對(duì)預(yù)應(yīng)力配束及板梁應(yīng)力控制指標(biāo)的建議，以保證橋梁使用性能，確保工程質(zhì)量。

1 實(shí)心板的截面特征

根據(jù)項(xiàng)目合同，橋梁設(shè)計(jì)需參照《波黑手冊(cè)》[3]進(jìn)行?！恫ê谑謨?cè)》中對(duì)于常規(guī)橋梁上部結(jié)構(gòu)斷面選擇規(guī)定見圖1：

圖1 波黑手冊(cè)常規(guī)橋梁上部結(jié)構(gòu)斷面型式

根據(jù)項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)審查意見以及TOR要求，本項(xiàng)目不得使用裝配式結(jié)構(gòu)以及π梁，同時(shí)考慮到型式2模板的制作以及墩梁固結(jié)的施工難度，本項(xiàng)目僅采用了型式1的實(shí)心板截面以及型式4的箱形截面。

經(jīng)綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選，本項(xiàng)目常規(guī)橋梁30m跨徑以下采用實(shí)心板截面，30m跨徑以上采用箱形截面。以Preslo橋?yàn)槔瑯蛄嚎缭降胤降缆泛蜎_溝，結(jié)合地形及地質(zhì)情況，采用21+26+21m的跨徑組合（圖2）。

圖2 Preslo橋型布置圖

結(jié)合項(xiàng)目TOR，Preslo橋上部結(jié)構(gòu)斷面形式如圖3所示：

圖3 Preslo橋上部結(jié)構(gòu)斷面

其中，實(shí)心板板高采用1.00m，板頂寬11.92m，板底寬7.12m，懸臂長2.0m，懸臂端部0.23m，懸臂根部0.40m。截面特征值見表1.

表1 截面特征值

2 預(yù)應(yīng)力混凝土實(shí)心板橋的配束

實(shí)心板鋼束橫向布置不受腹板的影響，布置空間較大，鋼束間距主要由錨固（連接器）間距控制。豎向由于板高較低，根據(jù)跨徑布置1-2排鋼束。縱橋向一般在墩頂負(fù)彎矩區(qū)不設(shè)置平直段，直接采用圓弧過渡。Preslo橋的縱向束形如圖4所示：

圖4 Preslo橋鋼束縱向布置

經(jīng)對(duì)當(dāng)?shù)劁摻g線市場的調(diào)研，當(dāng)?shù)劁摻g線一般采用斷面面積為150mm2、公稱直徑15.7mm的鋼絞線，波紋管一般采用金屬波紋管。

3 施工偏差對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土實(shí)心板橋受力的影響

3.1 鋼絞線在波紋管內(nèi)定位偏差的影響

由于鋼絞線不能充滿波紋管，在曲線段，鋼絞線在波紋管內(nèi)會(huì)向曲線內(nèi)側(cè)偏移，從而導(dǎo)致鋼絞線實(shí)際形心位置與設(shè)計(jì)偏差。

Preslo橋采用兩排鋼絞線，N1、N2鋼絞線均為12束鋼絞線，對(duì)應(yīng)波紋管內(nèi)徑為80mm。

鋼絞線在波紋管內(nèi)的布置如圖5所示：

圖5 15-12鋼絞線與波紋管斷面

由此可見，若曲線段內(nèi)，鋼絞線在波紋管內(nèi)產(chǎn)生偏差，則最大偏差為8.17mm?？紤]此偏差與不考慮此偏差結(jié)構(gòu)的主要計(jì)算指標(biāo)見表2：

表2 截面正應(yīng)力偏差表

結(jié)果反映，由于鋼絞線在波紋管內(nèi)的偏差為系統(tǒng)性偏差，對(duì)上部結(jié)構(gòu)的受力影響較大，各特征截面的應(yīng)力都發(fā)生了較大的偏差，其中，對(duì)控制點(diǎn)（對(duì)本橋而言為中跨跨中底緣）產(chǎn)生的最大應(yīng)力偏差為0.15MPa。

2.2 波紋管定位偏差的影響

施工單位在現(xiàn)場對(duì)波紋管進(jìn)行定位時(shí)，不可避免的會(huì)產(chǎn)生波紋管的定位偏差，與鋼絞線在波紋管內(nèi)偏差的規(guī)律性不同，波紋管定位偏差離散型較大。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，連續(xù)板（剛構(gòu)-連續(xù)板）實(shí)際控制預(yù)應(yīng)力布設(shè)的位置一般為跨中及墩頂位置，故針對(duì)此兩處位置可能產(chǎn)生的波紋管定位偏差進(jìn)行分析。

2.2.1 墩頂段定位偏差的影響

分別對(duì)正負(fù)偏差10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm的情況（此處正偏差指向曲線內(nèi)側(cè)偏、負(fù)偏差指向曲線外側(cè)偏）進(jìn)行了計(jì)算，上部結(jié)構(gòu)的主要應(yīng)力指標(biāo)見表3：

表3 截面正應(yīng)力偏差表（1號(hào)墩墩頂發(fā)生偏差）

2.1.2 跨中段定位偏差的影響

分別對(duì)正負(fù)偏差10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm的情況（此處正偏差指向曲線內(nèi)側(cè)偏、負(fù)偏差指向曲線外側(cè)偏）進(jìn)行了計(jì)算，上部結(jié)構(gòu)的主要應(yīng)力指標(biāo)見表4、表5：

表4 截面正應(yīng)力偏差表（第一跨跨中發(fā)生偏差）

表5 截面正應(yīng)力偏差表（第二跨跨中發(fā)生偏差）

結(jié)果反映，由于鋼絞線局部定位偏差具有偶然性，對(duì)偏差位置附近截面應(yīng)力影響較大，對(duì)較遠(yuǎn)處截面應(yīng)力影響較?。欢枕斎舸嬖谪?fù)偏差，墩頂頂緣將產(chǎn)生拉應(yīng)力，且拉應(yīng)力會(huì)隨著偏差的增大而增大；邊跨跨中若存在正偏差，邊跨跨中底緣及墩頂頂緣將產(chǎn)生拉應(yīng)力，且拉應(yīng)力會(huì)隨著偏差的增大而增大；中跨跨中若存在正偏差，中跨跨中底緣及墩頂頂緣將產(chǎn)生拉應(yīng)力，且拉應(yīng)力會(huì)隨著偏差的增大而增大。

對(duì)于本橋而言，控制點(diǎn)為中跨跨中底緣拉應(yīng)力，其數(shù)值變化情況與鋼束定位偏差的關(guān)系如圖6所示：

圖6 中跨跨中底緣拉應(yīng)力與鋼束定位偏差關(guān)系

4 考慮鋼束施工偏差的預(yù)應(yīng)力混凝土實(shí)心板橋配束設(shè)計(jì)

根據(jù)本項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在合理選擇板高及截面尺寸的前提下，預(yù)應(yīng)力混凝土實(shí)心板橋一般由中跨跨中底緣拉應(yīng)力、墩頂?shù)拙墘簯?yīng)力、墩頂頂緣拉應(yīng)力控制。而前南預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范《Official Gazette of SFRJ No.51/71》[4]對(duì)截面正應(yīng)力的要求如下：

（1）不考慮附加效應(yīng)時(shí)，對(duì)于MB45混凝土，壓應(yīng)力不應(yīng)大于17.25MPa，拉應(yīng)力不應(yīng)大于1.95MPa；

（2）考慮附加效應(yīng)時(shí)，截面正應(yīng)力限值可提高10%；亦即對(duì)于MB45混凝土，壓應(yīng)力不應(yīng)大于18.975MPa，拉應(yīng)力不應(yīng)大于2.145MPa；

由上節(jié)計(jì)算結(jié)果可知，鋼絞線在波紋管內(nèi)定位偏差通常在施工中難以避免，其產(chǎn)生的應(yīng)力偏差必須在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行考慮。而波紋管局部定位偏差則要在施工時(shí)進(jìn)行控制，但是當(dāng)?shù)匾?guī)范并未對(duì)波紋管定位偏差進(jìn)行要求，故設(shè)計(jì)需對(duì)波紋管定位偏差的限值進(jìn)行定義。

中國規(guī)范《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50-2011）[5]以及《城市橋梁工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（CJJ 2-2008）[6]要求后張法波紋管在梁高方向定位偏差不得大于10mm。若參考中國規(guī)范定義為10mm，以本橋?yàn)槔畈焕闆r下由于偏差引起的應(yīng)力偏差為0.42MPa，設(shè)計(jì)中應(yīng)控制最大拉應(yīng)力不超過1.725MPa。

經(jīng)多個(gè)橋梁比對(duì)驗(yàn)算，并與施工單位及監(jiān)理溝通，各方最終達(dá)成一致，認(rèn)為波紋管在梁高方向的定位允許偏差按10mm控制對(duì)于剛構(gòu)-連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土實(shí)心板橋是合理的，但在設(shè)計(jì)階段應(yīng)控制拉應(yīng)力不超過1.7MPa。

5 結(jié)語

本文分析了預(yù)應(yīng)力實(shí)心板橋的截面特性及配束特點(diǎn)，針對(duì)規(guī)律性較強(qiáng)的鋼絞線在波紋管內(nèi)的定位偏差以及離散型較大的波紋管施工定位偏差進(jìn)行了分析，對(duì)于設(shè)計(jì)與施工給出以下建議：

（1）鋼絞線在波紋管內(nèi)的偏差為系統(tǒng)性偏差，對(duì)上部結(jié)構(gòu)的受力影響較大，各特征截面的應(yīng)力都發(fā)生了較大的偏差，設(shè)計(jì)時(shí)必須采用與鋼束配套的波紋管型號(hào)。

（2）由于鋼絞線局部定位偏差具有偶然性，對(duì)偏差位置附近截面應(yīng)力影響較大，對(duì)較遠(yuǎn)處截面應(yīng)力影響較??；墩頂若存在負(fù)偏差，墩頂頂緣將產(chǎn)生拉應(yīng)力，且拉應(yīng)力會(huì)隨著偏差的增大而增大；邊跨跨中若存在正偏差，邊跨跨中底緣及墩頂頂緣將產(chǎn)生拉應(yīng)力，且拉應(yīng)力會(huì)隨著偏差的增大而增大；中跨跨中若存在正偏差，中跨跨中底緣及墩頂頂緣將產(chǎn)生拉應(yīng)力，且拉應(yīng)力會(huì)隨著偏差的增大而增大。

（3）波紋管在梁高方向的定位允許偏差按10mm控制對(duì)于剛構(gòu)-連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土實(shí)心板橋是合理的，但在設(shè)計(jì)階段應(yīng)控制拉應(yīng)力不超過1.7MPa。

（4）歐洲本土地區(qū)，一般由監(jiān)理履行項(xiàng)目的進(jìn)度管理及質(zhì)量管理工作，在與監(jiān)理溝通前充分準(zhǔn)備技術(shù)方案可提高說服力，保證項(xiàng)目順利執(zhí)行。

[1] 高翊宸，鳳躍森。黑山南北高速公路項(xiàng)目在FIDIC合同條件下的設(shè)計(jì)管理工作分析探討，中外公路[J] 2018(2):328-330，

[2] TERMS OF REFERENCE FOR DEVELOPMENT OF THE MAIN DESIGN OF THE BAR-BOLJARE HIGHWAY SECTION SMOKOVAC – MATESEVO L=41km

[3] Guidelines for road design, construction, maintenance and supervision Volume 1:Designing Section 2:Designing bridges[M], Sarajevo/Banja Luka，2005

[4] Official Gazette of SFRJ No.51/71，Pravilnik o tehni?kim merama i uslovima za prednapregnuti beton，Belgrade，1971

[5] JTG/T F50-2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S]，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008

[6] CJJ 2-2008 城市橋梁工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S]，北京：人民交通出版社，2011

Pre-stressing Design for Concrete Solid Slab Bridge with Consideration of Construction Deviation

FENG Yue-seng Gao Yi-chen

(CCCC first Highway Consultants Co . , Ltd. Xi-an 710068 China)

This article analyses the characteristics of cross-section and pre-stressing design for concrete solid slab bridge. By considering the construction deviations that may exist during implementation, suggestions are given for pre-stressing design and control of indicators, which dedicate to ensure the performance of the bridge during operation and to provide design references to similar types of bridges.

solid slab bridge；construction deviation； pre-stressing design；

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2019.03.030

TU757

B

1672-9129(2019)03-0083-07

鳳躍森（1986-），男（1986-）陜西岐山人，2009年畢業(yè)于同濟(jì)大學(xué)土木工程系，本科畢業(yè)生，工程師，主要從事公路橋梁勘察設(shè)計(jì)。Email：zgbjyy1234@126.com